PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA EN EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE TENJO, CUNDINAMARCA GERMAN EDUARDO ROBAYO RAMOS MAURICIO RIVAS PALACIO FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ D.C. 2020
130
Embed
PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA EN EL …
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA EN EL CASCO
URBANO DEL MUNICIPIO DE TENJO, CUNDINAMARCA
GERMAN EDUARDO ROBAYO RAMOS
MAURICIO RIVAS PALACIO
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C.
2020
PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA EN EL CASCO
URBANO DEL MUNICIPIO DE TENJO, CUNDINAMARCA
GERMAN EDUARDO ROBAYO RAMOS
MAURICIO RIVAS PALACIO
Proyecto integral de grado para optar el título de
INGENIERO QUÍMICO
Director
DAVID TRIVIÑO RODRÍGUEZ
Ingeniero Químico
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C.
2020
3
Nota de aceptación:
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
Ing. Orlando Castiblanco
______________________________
Ing. William Suarez
4
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Presidente de la Universidad y Rector del Claustro
Dr. Mario Posada García-Peña
Consejero Institucional
Dr. Luis Jaime Posada García-Peña
Vicerrectora Académica y de Investigaciones
Dra. María Claudia Aponte González
Vicerrector Administrativo y Financiero
Dr. Ricardo Alfonso Peñaranda Castro
Secretaria General
Dra. Alexandra Mejía Guzmán
Decano de la Facultad de Ingenierías
Ing. Julio Cesar Fuentes Arismendi
Director Programa Ingeniería Química
Ing. Iván Ramírez Marín
5
Las directivas de la universidad de América, como los jurados calificadores y el
cuerpo docente no son responsables por los criterios e ideas expuestas en el
presente documento. Estos corresponden únicamente a los autores
6
Dedicatoria
Este trabajo representa los esfuerzos, la dedicación y el compromiso durante los últimos
cinco años para llegar a esta fase de mi vida; darme cuenta de todo lo que he aprendido
con el paso de los años, en conocimientos y lecciones, por medio vivencias personales y
académicas, y también me enseñó a agradecer a las personas que hicieron parte de este
corto pero sustancioso ciclo. Principalmente a mi círculo familiar, padres y hermano. Los
tres siempre apoyándome incondicionalmente y dando ese impulso necesario para avanzar
y alcanzar las metas que me he propuesto. Todo lo que soy como persona actualmente, es
gracias a sus consejos y enseñanzas. A mi demás familia, por sus palabras de fortaleza y
cariño que me ayudaron crecer como persona. Los compañeros de vida, amigos y amigas
que se han cruzado en este camino pero que dejaron grandes recuerdos, con los que gocé,
aprendí y viví experiencias que siempre estarán presentes. Por último, pero no menos
importante, a Dios por la bendiciones que ha traído a mi vida.
German Eduardo Robayo Ramos
La culminación de una etapa única en la vida se refleja en este logro en este acontecimiento
tan valioso, donde me encuentro plenamente agradecido y honrado por todas las personas
que me acompañaron, me aguantaron y me guiaron en los distintos momentos, a las
personas conocidos y extraños que de una u otra manera estuvieron en este camino, a mi
madre apoyo incondicional en todos los aspectos con paciencia y cariño infinito, a mi padre
otro pilar fundamental de mi vida siempre firme, a mis hermanos menores alegres
solidarios y amables, a todos mis amigos y amigas distintos todos entre sí, cómplices de
lecciones de vida, tertulias, epopeyas y aventuras, a mis compañeros de clase o trabajo y
mis profesores siempre enseñándome algo más y no solo académicamente, a mi extensa
familia tanto materna como paterna con palabras de aliento y amor inacabable, a Dios por
todo y más.
A todos ellos, por todo el amor compartido, por las vivencias y enseñanzas conseguidas y
todo lo demás que se escapa a estas letras a ustedes les dedico esto.
Mauricio Rivas Palacio
7
Agradecimientos
Al ingeniero Henry Camacho, quien fue la persona que nos presentó el proyecto
y confió en nosotros para la ejecución del mismo. Agradecemos por el aporte de
sus conocimientos que permitieron realizar este trabajo de la mejor manera,
sobrellevando todas las adversidades presentadas.
A nuestro director de tesis, el ingeniero David Triviño, que, a pesar de la
distancia, siempre estuvo dispuesto a escucharnos y apoyarnos con sus
conocimientos y su tiempo, para que el proyecto se ejecutara de la mejor forma
posible.
A los orientadores de trabajo de grado José Silva y Harvey Milquez, por sus
comentarios positivos y apuntes sobre el desarrollo de este trabajo, que
permitieron alcanzar los requisitos necesarios para cumplir los objetivo.
Por último, a la Universidad de América por facilitarnos sus instalaciones y
laboratorios para realizar nuestra fase experimental, y por supuesto, a todo su
equipo de personas que siempre estaban dispuestos a brindar su ayuda.
8
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN 19
OBJETIVOS 21
1. GENERALIDADES
22
1.1 GENERALIDADES DE LA EMPRESA 22
1.2 DEFINICIONES RELACIONADAS AL AGUA LLUVIA 23
1.2.1 Ciclo hidrológico 23
1.2.2 Escorrentía superficial 24
1.2.3 Fenómeno de primer lavado 25
1.3 APROVECHAMIENTO AGUA LLUVIA 25
1.3.1 Captación de Agua lluvia 27
1.3.2 Transporte de Escorrentía 28
1.3.3Tratamiento 30
2. DIAGNÓSTICO DE PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS DEL AGUA
LLUVIA 36
2.1 SELECCIÓN PUNTOS ESTRATÉGICOS DE MUESTREO 36
2.1.1 Factores de incidencia en la selección de puntos de muestreo 37
2.1.2 Descripción de Puntos de muestreo 37
2.2 DETERMINACIÓN NUMERO DE MUESTREOS 39
2.3 CAPTACIÓN DE MUESTRAS EN PUNTOS SELECCIONADOS 40
2.4 MÉTODO DE PRESERVACIÓN DE LA MUESTRA 41
2.5 PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS AGUA LLUVIA A ANALIZAR 43
2.5.1 Potencial de Hidrógeno (pH) 43
2.5.2 Conductividad eléctrica 43
2.5.3 Sólidos suspendidos totales (SST) 44
2.5.4 Sólidos totales (ST) 45
2.5.5 Sólidos Sedimentables (SS) 46
2.5.6 Demanda Química de Oxigeno (DQO) 47
9
2.5.7 Alcalinidad 47
2.5.8 Turbidez 48
2.5.9 Dureza total 49
2.5.10 Aceites y Grasas 50
2.5.11 Hidrocarburos Disueltos 51
2.5.12 Metales (Plomo, Cadmio y Cobre) 51
2.6 RESULTADOS DIAGNOSTICO DE PARÁMETROS DE CALIDAD DEL
AGUA LLUVIA EN TENJO, CUNDINAMARCA 52
2.7 DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA Y DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD
DEL AGUA LLUVIA EN LUGARES SIMILARES 54
2.7.1 Campus universitario de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJB), sede
Bogotá 54
2.7.2 Zona residencial barrió Nueva Zelandia en UPZ San José de Bavaria,
localidad de Suba, Bogotá. 55
2.7.3 Edificios Laboratorio de Hidráulica y CADE del Campus de la Universidad
Nacional de Colombia, sede Bogotá 57
2.8 DETERMINACIÓN DE CARACTERIZACIÓN PONDERADA DEL AGUA
LLUVIA DE ESCORRENTÍA 58
3. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE APROVECHAMIENTO DEL AGUA
LLUVIA 63
3.1 PRESENTACIÓN DE ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO Y SU
NORMATIVIDAD 63
3.1.1 Potabilización 64
3.1.2 Sector Agropecuario 66
3.1.3 Recarga a fuentes subterráneas 68
3.1.3.1 Casos de estudio. 69
3.2 MÉTODO DELPHI Y APLICACIÓN 70
3.3 MODELO DE PROCESO ANALÍTICO JERÁRQUICO (AHP) 71
3.3.1 Selección y descripción de criterio en alternativas consideradas 72
3.3.2 Metodología de aplicación del modelo AHP 73
3.3.3 Selección de la mejor alternativa de aprovechamiento 79
4. DESARROLLO DEL DISEÑO CONCEPTUAL DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUA LLUVIA 81
10
4.1 COMPARACIÓN DE PARÁMETROS FRENTE A NORMATIVIDAD 81
4.2 CÁLCULO CAUDAL DE DISEÑO 82
4.2.1 Curvas de intensidad-duración-frecuencia (curvas IDF) 83
4.2.2 Coeficiente de escorrentía superficial 84
4.3 SELECCIÓN DE ETAPAS Y PROCESOS DE TRATAMIENTO 86
4.3.1 Desarenador 89
4.3.2 Sedimentación primaria 89
4.3.3 Esquema general del proceso de tratamiento 90
4.4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE PROCESO 91
4.4.1 Dimensionamiento del desarenador de dos canales 92
4.4.2 Dimensionamiento de un sedimentador primario circular 94
5. ANÁLISIS FINANCIERO DE LA PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO
DE AGUA LLUVIA 95
5.1 ANÁLISIS DE COSTOS DE INVERSIÓN, GASTOS DE OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO (O&M) DEL PROYECTO 97
5.1.1 Determinación costos de inversión 97
5.1.2 Determinación costos de operación y mantenimiento (O&M) 99
5.3 DETERMINACIÓN BENEFICIOS ECONÓMICOS DEL PROYECTO 101
5.3.1 Determinación de los costos del agua con la propuesta. 101
5.4 VIABILIDAD DEL PROYECTO 102
6. CONCLUSIONES 105
7. RECOMENDACIONES 106
BIBLIOGRAFÍA 108
ANEXOS 115
11
LISTAS DE ILUSTRACIONES
pág.
Ilustración 1: Mapa del sistema de alcantarillado y acueducto casco urbano
del Municipio de Tenjo 22
Ilustración 2: Esquema ciclo hidrológico. 23
Ilustración 3: Sistemas de reutilización de aguas municipales, por campo de
aplicación 26
Ilustración 4: Modalidades de captación de agua según la finalidad de uso 28
Ilustración 5: Representación sistema de alcantarillado separado 29
Ilustración 6: Representación sistema de alcantarillado combinado 30
Ilustración 7: Ubicación espacial de los tres puntos de muestreo 38
Ilustración 8: Representación de la captación en puntos de muestreo 41
Ilustración 9: Potenciómetro Hanna PHPE4 43
Ilustración 10: Conductímetro 44
Ilustración 11: Filtración para medición de sólidos suspendidos 45
Ilustración 12: Sedimentación en cono Imhoff 46
Ilustración 13: Turbidímetro 49
Ilustración 14: Titulación con Na2EDTA y negro de Eriocromo 50
Ilustración 15: Diagrama de flujo elaboración de la caracterización del agua
lluvia. 59
Ilustración 16: Censo Nacional Agropecuario 66
Ilustración 17: Estructura AHP para el análisis de selección de alternativa de
aprovechamiento de agua lluvia. 73
Ilustración 18: Etiquetas para criterio y alternativas. 74
Ilustración 19: Desarenador rectangular de flujo horizontal 89
Ilustración 20: Sedimentador primario. (Circular y rectangular) 90
Ilustración 21: Esquemas general del tratamiento. 91
12
LISTA DE GRÁFICOS
pág.
Gráfico 1: Distribución de los pesos alternativos para los criterios. 75
Gráfico 2: Distribución de los pesos alternativos para las alternativas en
relación a los criterios. 77
Gráfico 3: Distribución de los valores ponderados para las alternativas. 79
Tabla 2: Determinación de tiempo y método de conservación de la muestra. 42
Tabla 3: Resultado de los parámetros fisicoquímicos en el casco urbano del
municipio de Tenjo. 53
Tabla 4: Resultado de los parámetros fisicoquímicos de los diferentes puntos
en el campus de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJB), sede Bogotá 55
Tabla 5: Resultado de los parámetros fisicoquímicos en zona residencial UPZ
San José de Bavaria 56
Tabla 6: Resultado de los parámetros fisicoquímicos de pozos en LH y CADE
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá 58
Tabla 7: Aplicativo de promedio aritmético y geométrico a parámetros
fisicoquímicos. 61
Tabla 8: Caracterización ponderada del agua lluvia de escorrentía. 62
Tabla 9: Parámetros Fisicoquímicos del agua para el consumo humano 65
Tabla 10: Distribución a) del suelo para diferentes cultivos, b) de zonas de
producción pecuaria 66
Tabla 11: Parámetros fisicoquímicos del agua para sector Agrícola y
Pecuario. 67
Tabla 12: Parámetros fisicoquímicos del agua para reinyección en fuentes
subterráneas. 68
Tabla 13: Descripción de los criterios considerados para el modelo AHP. 72
Tabla 14: Escala de Preferencia por pares (Saaty) 74
Tabla 15: Determinación de pesos alternativos para los criterios (Modelo
AHP) 75
Tabla 16: Índice aleatorio (RI) 76
Tabla 17: Determinación de la consistencia de los criterios (Modelo AHP) 76
Tabla 18: Determinación de valores ponderados para las alternativas (Modelo
AHP) 79
Tabla 19: Comparación del diagnóstico de agua lluvia contra la normatividad
para el sector agropecuario. 81
Tabla 20: Coeficientes de escorrentía (C) 85
Tabla 21: Áreas y subáreas del suelo urbano central en Tenjo. 86
Tabla 22: Grado de tratamiento obtenido mediante diversas operaciones y
procesos unitarios empleados en el tratamiento primario y secundario. 88
Tabla 23: Velocidades de sedimentación para diferentes tamaños de arenas a
una temperatura de 16 °C 92
Tabla 24: Criterio de diseño de los desarenadores 92
Tabla 25: Criterios del dimensionamiento de un desarenador de dos canales 93
Tabla 26: Criterios de diseño para sedimentadores primarios circulares 94
14
Tabla 27: Resultados dimensionamiento de dos tanques circulares de
sedimentación primaria. 95
Tabla 28: Resumen de valores de parámetros en efluente 96
Tabla 29: Costos de inversión del tratamiento 98
Tabla 30: Costos anuales sobre prestación de servicios. 99
Tabla 31: Gastos energéticos anuales para el desarenador de dos canales. 100
Tabla 32: Gastos energéticos anuales para el sedimentador primario
circular. 100
Tabla 33: Costos anuales de mantenimiento de procesos unitarios. 100
Tabla 34: Desglose valor unitario de contribución. 102
Tabla 35: Resumen cálculos del VPN (Actual y con proyecto) 103
15
TABLA DE ECUACIONES
pág.
Ecuación 1: Numero de muestras poblaciones infinitas 40
Ecuación 2: Cálculo de Sólidos Suspendidos Totales 45
Ecuación 3: Cálculos de Sólidos totales 46
Ecuación 4: Cálculo de Demanda Química de Oxigeno (DQO) 47
Ecuación 5: Cálculo de Alcalinidad 48
Ecuación 6: Cálculo de la Dureza 49
Ecuación 7: Cálculo de Grasas y Aceites 51
Ecuación 8: Cálculo de Hidrocarburos Disueltos 51
Ecuación 9: Promedios a) Aritmético, b) Geométrico 60
Ecuación 10. Índice de consistencia (CI) 75
Ecuación 11: Caudal pluvial de diseño 82
Ecuación 12: Cálculo del coeficiente de escorrentía ponderado. 85
Ecuación 13: Ecuaciones de diseño de desarenadores 93
Ecuación 14: Ecuaciones para el diseño de un sedimentador primario
circular 95
Ecuación 15: Cálculo Valor Presente Neto (VPN) 102
Ecuación 16: Cálculo de la Tasa Interés de Oportunidad (TIO) 103
Ecuación 17: Cálculo relación beneficio/costo 104
16
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A: Guías de laboratorio – Características físicas y químicas
fundamentales del agua. Fundación Universidad de América 116
Anexo B: Resultados fisicoquímicos agua lluvia Tenjo: Laboratorio
QUIMCONTROL LTDA. 123
Anexo C: Encuesta de selección de alternativa (Método Delphi) 124
Anexo D: Tablas del informe de costos de inversión y de operación y
mantenimiento de alternativas (PTARM CANOAS) 125
Anexo E: Cotizaciones materiales, insumos y equipos 128
Anexo F: Datos pluviométricos casco urbano municipio de Tenjo.
Precipitaciones mensuales y anules (IDEAM) 129
Anexo G: Tabla de Distribución Normal Tipificada 130
17
RESUMEN
Asignar un aprovechamiento del agua lluvia de escorrentía como es el propósito
de la empresa EmserTenjo, requería crear una ruta de trazabilidad donde se
analizó la composición fisicoquímica del agua, para estudiar las diferentes
alternativas de aprovechamiento, y, de ahí, seleccionar la más adecuada para
adaptar este recurso, para luego diseñar un tratamiento para mejorar la calidad
del agua lluvia, y, por último, estimar los costos de la propuesta.
Por ende, el primer pasó fue obtener el diagnóstico del agua lluvia por
escorrentía experimentalmente en la zona de estudio, es decir, el casco urbano
del municipio Tenjo. Definiendo el número de muestras necesarias para que el
diagnóstico del agua lluvia fuera representativo, fue necesario consultar por
medio de revisiones bibliográficas, caracterizaciones del agua lluvia en zonas
con características geo demográficas afines al área de estudio, como los son
campus universitarios y urbanizaciones en la ciudad de Bogotá, las cuales
presentaban similitudes en los factores de incidencias para la toma de muestras
que se plantearon en el proyecto. Con la recolección de datos, se logró obtener
una caracterización con un número mayor de parámetros analizados y más
representativos usando métodos matemáticos.
Aplicando herramientas estadísticas como el modelo AHP, se seleccionó la
opción de adecuación del agua lluvia para el sector agropecuario como la mejor
alternativa de aprovechamiento, frente a las otras dos planteadas, potabilización,
y recarga a fuentes subterráneas. Decantando la alternativa de
aprovechamiento, comparando con la normativa expuesta en el Decreto 1594 de
1984, se identificaron los parámetros que estaban fuera de especificación, y que
requerían de un tratamiento adecuado, para ajustar este recurso que garantizara
su uso. Basado en la bibliografía, se seleccionaron dos etapas de tratamiento; la
etapa de pretratamiento y de tratamiento primario, con sus respectivamente
unidades, un desarenador y sedimentador primario.
Por último, se estimaron los costos de la inversión en obras civiles y equipos,
gastos anuales de operación y mantenimiento (O&M) de las unidades de
tratamiento, para luego, establecer la viabilidad del proyecto determinando sus
ganancias (VPN) en un periodo de cinco años, y su relación beneficio/costo.
PALABRAS CLAVES
Agua lluvia, Aprovechamiento, Escorrentía superficial, Tratamiento de aguas,
Sector agropecuario.
18
ABSTRACT
Assign a use of rainwater run-off as is the purpose of the company EmserTenjo,
request to create a traceability route where the physicochemical composition of
the water is analyzed, study the different use alternatives and from there, select
the most appropriate to adapt this resource, to then design a treatment to adapt
the rainwater, and finally, to estimate the costs of the proposal.
Therefore, the first step was to obtain the diagnosis of rainwater by run-off
experimentally in the study area, that is, the urban area of the Tenjo municipality.
Defining the number of samples necessary for the diagnosis of rainwater were
representative, it was necessary to consult, through bibliographic reviews,
characterizations of rainwater in areas with geodemographic characteristics
related to the study area, such as the university campus and urbanizations in the
city of Bogotá, which show similarities in the incidence factors for sampling that
were raised in the project. With data collection, a characterization with a larger
number of analyzed and more representative parameters can be obtained using
mathematical methods.
Applying statistical tools such as the AHP model, you can select the option of
adaptation of rainwater for the agricultural sector as the best alternative for use,
compared to the other two planted, purification, and recharge to underground
sources. Decanting the use alternative, comparing with the regulations set forth
in Decree 1594 of 1984, identifying the parameters that are outside the
specification, and that require adequate treatment, to adjust this resource that
guarantees its use. Based on the bibliography, two stages were selected; the pre-
treatment and primary treatment stage, with its respective units, a sand trap and
primary settler.
Lastly, the investment costs in civil works and equipment, annual operation and
maintenance (O&M) expenses of the treatment units were estimated, to then
establish the viability of the project determining its earnings (NPV) in a period of
five years, and its benefit/cost ratio.
KEY WORDS
Rainwater, Harness, Surface run-off, Water treatment, Agricultural sector.
19
INTRODUCCIÓN
El propósito de este proyecto es buscar implementar una alternativa que permita
mitigar una problemática que ha ido en aumento con el paso de los años, aunque
por medio de la normas emitidas por entes estatales se controle el avance, se
sigue presentando el problema de contaminación en fuentes hídricas como ríos,
lagunas o lagos, afectando directamente la salud pública, el desarrollo y
sostenimiento económico de la población que dependen del suministro de estas
fuentes y principalmente, el desabastecimiento de agua.
Este proyecto parte del designio que presenta la empresa de servicios públicos
de Tenjo (EmserTenjo), de la mano del Gobierno Municipal, donde buscan la
implementación de un sistema de alcantarillado separando la conexión existente
entre el alcantarillado doméstico con el pluvial. Esto con el fin, de que cuando se
presenten temporadas de invierno, o fenómenos naturales (como el fenómeno
de la niña) que contribuyen a un aumento de precipitaciones sobre el municipio
de Tenjo, se reduzca la probabilidad de saturar la planta de tratamiento de aguas
residuales. Con un sistema de alcantarillado exclusivo para el agua pluvial, se
crea la necesidad de implementar un tratamiento idóneo para estas aguas
contaminadas, que de no ser tratadas y drenar libremente, terminarían por
afectar de forma directa, las características fisicoquímicas y microbiológicas de
la fuente donde sean depositadas.
Para el municipio de Tenjo, que posee recursos hídricos muy limitados para
abastecer la totalidad de la demanda, y además de esto, el proceso de extracción
de agua presenta pérdidas considerables que empeoran aún más la situación
actual. Su búsqueda para afrontar este escenario, se ha decantado en invertir en
fuentes de suministro externas que permitan contrarrestar el desabastecimiento
en el municipio, esto ha generado un gasto adicional en su presupuesto, al igual,
que se ha creado una dependencia que puede desencadenar una situación poco
alentadora. Esto sumado, a una problemática ambiental que engloba la
contaminación sobre las fuentes hídricas que se han incrementado con el paso
de los años, y que se potencializa en pocas de invierno por la saturación de la
planta de tratamiento de las aguas residuales municipales. La implementación
de proyectos por parte del gobierno municipal, está orientada a identificar
posibles escenarios donde se evalúen la aplicación de fuentes hídricas
adicionales con las que el municipio cuente para aumentar la oferta de este
recurso, y, que, de igual manera, contribuyan con la minimización de la
problemática ambiental que se presenta, dan pie a propuestas como la
mencionada en el proyecto.
Consecuente a lo anterior, adecuar algún recurso requiere de un tratamiento
idóneo que garantice a calidad del mismo. El tratamiento de aguas contaminadas
20
conlleva a dos caminos: el primero es mejorar sus características de acuerdo a
la normatividad ambiental para luego ser drenadas en un cuerpo de agua y no
afectar drásticamente sus propiedades originales, o realizar el proceso de
inyección hacia las fuentes de captación, que permitirá alargar el ciclo de vida de
estos cuerpos subterráneos. El segundo camino, es lograr por medio del
tratamiento un recurso hídrico que posea las propiedades óptimas para su
aprovechamiento. Dentro de las alternativas de aprovechamiento se encuentran
el proporcionar un mayor abastecimiento en el sector agropecuario o de cultivo
de flores, que representan la mayor participación en las actividades económicas
y por su funcionalidad, un alto consumo de agua anualmente que es
complementado entre recursos propios y el sistema de acueducto. Otra
alternativa, es alcanzar el estado de potabilización del agua lluvia para aumentar
la oferta de un recurso adecuado para el consumo humano, combatir una
escasez futura, permitir el crecimiento económico y mejorar la calidad de vida de
la comunidad la cual tiene acceso a esta.
La búsqueda de un tratamiento idóneo tiene como punto de partida, definir el uso
para el cual se va disponer el agua tratada, conocer las características físico
químicas que establece los entes encargados de la vigilancia, control y el
cumplimiento de las normas que establecen los parámetros mínimos para el uso
del agua y no perjudicar la salud pública. Esta elección de tratamiento requiere
de un proceso de caracterización de las precipitaciones, en particular sobre la
obtenida en el primer lavado, ya que en este periodo de tiempo, se presentan las
concentraciones más altas de materia orgánica, compuestos químicos,
hidrocarburos, metales pesados y carga microbiana que cuando se presentan
periodos de sequía, y que por medio del proceso de escorrentía superficial en el
casco urbano, estos contaminantes son arrastrados hacia sistema de
alcantarillado pluvial.
El desarrollo de este proyecto, pretenden servir como base de partida para
futuros proyectos de implementación sobre un posible tratamiento del agua lluvia
en municipios o localidades que presenten alguna problemática con escasez de
agua salobre, o que presenten la oportunidad de reutilizar el agua lluvia para
buscar un aprovechamiento específico que permita contribuir a la capacidad
extraída por medios propios, ayudar a suplir la demanda insatisfecha, y adicional
a esto, lograr aumentar la accesibilidad para toda la población.
21
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar una propuesta de aprovechamiento de agua lluvia en el casco urbano
del municipio de Tenjo
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Diagnosticar los parámetros fisicoquímicos de las precipitaciones en el casco
urbano del municipio de Tenjo.
● Seleccionar la mejor alternativa de aprovechamiento del agua lluvia.
● Desarrollar el diseño conceptual de la planta de tratamiento de agua lluvia.
● Realizar el análisis financiero de la implementación del proceso de
aprovechamiento de agua lluvia.
22
1. GENERALIDADES
1.1 GENERALIDADES DE LA EMPRESA
La empresa de servicios públicos del municipio de Tenjo (EmserTenjo), es la
entidad municipal que se encarga de la prestación de servicios de primera
necesidad como el abastecimiento de agua potable hacia toda la población del
municipio; además, que presta servicios adicionales tales como, recolección y
manejo de residuos sólidos, y residuos especiales (baterías, llantas y demás) a
lo largo de todo el territorio municipal, el desarrollo de actividades de aseo de
calles y sitios públicos de Tenjo, el manejo de aguas residuales mediante sus
dos plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), al igual, que desarrolla
tareas en el mantenimiento del acueducto y el alcantarillado municipal1.
El municipio de Tenjo que mediante la empresa EmserTenjo, obtienen su recurso
hídrico principalmente de una captación subterránea de agua por medio de tres
pozos. Este recurso extraído y purificado tiene como vía de distribución el
acueducto que lo direcciona hacia la población con la finalidad de prestar un
servicio para usos domésticos, recreativos y también destinada a actividades
económicas como la ganadería, la agricultura y el cultivo de flores para
exportación y comercio nacional. Por medio de la ilustración 1, se denota la
cobertura total del sistema de acueducto y alcantarillado en la zona de estudio
para la captación del agua lluvia de escorrentía, evidenciando los puntos ingreso
(sumideros) hacia el sistema de trasporte del recurso (red de alcantarillado).
Ilustración 1.Mapa del sistema de alcantarillado y acueducto casco urbano del Municipio de Tenjo
Fuente: SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA PLANEACIÓN Y EL
ORDENAMIENTO TERRITORIAL (SIGOT). POT municipales (Tenjo). [Consultado el 20
de mayo de 2020]. Disponible en Internet: https://sigot.igac.gov.co
1Empresa Pública de Tenjo (EmserTenjo). Entidad. Disponible en: http://www.empsertenjo
.gov.co/
23
1.2 DEFINICIONES RELACIONADAS AL AGUA LLUVIA
1.2.1 Ciclo hidrológico. El agua está en continuo movimiento, por motivos de
radiación solar y de la gravedad, el agua se desplaza continuamente desde las
tierras y los océanos hacia la atmósfera en forma de vapor, y a su vez, vuelve a
caer sobre las tierras, los océanos y otras masas de agua en forma de
precipitación. La sucesión de estas etapas se denomina ciclo hidrológico. El ciclo
presenta diferencias cuantitativas y cualitativas en sus diversos componentes y
fases, conforme a la región o zona, y en base a esto, se ha aprendido a convivir
con sus características naturales revisando e indicando los posibles cambios
provocados por el manejo y uso de las tierras.
Al comprender el ciclo hidrológico, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología
para uso y manejo del agua, es posible orientarse a la búsqueda de un mejor
aprovechamiento de este recurso en sus diversas fases y formas dentro del ciclo
hidrológico, ayudando a definir los límites de los activos del agua y a explicar las
diferencias espaciales y temporales en la distribución del agua. La ilustración 2,
indica las diversas etapas del ciclo natural del agua y se consideran las tierras,
la atmósfera y el mar como lugares de acopio de agua2.
Ilustración 2. Esquema ciclo hidrológico.
Fuente: ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA ALIMENTACIÓN Y LA
AGRICULTURA. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Opciones técnicas para la
agricultura familiar de América Latina. Santiago, Chile. 2013. p 12.
El equilibrio natural del agua en el ciclo hidrológico puede describirse
relacionando la precipitación como producto de la adición de la
evapotranspiración, más escorrentía y la relación de variaciones en el agua
acumulada. Esto significa que el agua aportada por la precipitación es objeto de
2 SCAE-AGUA. Sistema de contabilidad Ambiental y Económica para el agua. Departamento de Asuntos Económicos y Sociales Naciones Unidas. 2011. p 99-100
24
evaporación o transpiración por conducto de la vegetación (evapotranspiración),
o fluye hacia los ríos o arroyos (escorrentía), o se acopia en masas de agua
naturales o construidas (variaciones en el agua acumulada). Es preciso afirmar,
que el ciclo puede sufrir alteraciones debido a actividades humanas de
extracción y devolución al medio ambiente4.
1.2.2 Escorrentía superficial. La escorrentía puede ser superficial o
subsuperficial, pero mayormente se presenta de forma subsuperficial, es decir,
el agua que no circula en régimen de lámina libre, sino que se infiltra, escapa de
la evapotranspiración, y circula horizontalmente por la parte superior de la zona
no saturada hasta volver a la superficie. La distribución entre la escorrentía
superficial y la subsuperficial está determinada por la tasa de infiltración del
terreno, según su topografía (textura y estructura) y la capacidad de
almacenamiento, las cuales dependen, básicamente, de factores climatológicos,
geológicos, e hidrológicos (intensidad y la duración de la lluvia)3.
La escorrentía superficial es la parte de la precipitación que no llega a penetrar
el perfil de suelo y, por consiguiente, circula sobre la superficie del terreno. Esta
se puede presentar por lluvias muy intensas que superan la capacidad de
infiltración de agua en el suelo o que fluyen sobre superficies poco permeables
(suelos delgados, terrenos rocosos, caminos, patios, techos, etc.). Este tipo de
escorrentía puede ser aprovechada para usos doméstico, animal o riego. Para
ello, se requiere de manejar y captar después de que se inicia, ya que, si no
hace, puede derivar en un problema de difícil control y causar daños, además,
de producir erosión hídrica que destruye los suelos.
Como aplicativo al proyecto, en la escorrentía urbana se registra una alta carga
de contaminante, lo que incluye una gran cantidad de basuras y desechos
orgánicos y bacterianos, además, de productos químicos como aceites,
anticongelantes, detergentes, plaguicidas y otros contaminantes arrastrados
desde las calzadas para automóviles, los patios traseros de las viviendas, y las
zonas de estacionamiento4. Ante el aumento de conciencia acerca del peligro
potencial de descargarla en el medio ambiente sin tratamiento previo se han
venido presentado propuestas que busquen reducir este impacto, y, además,
sacar un provecho de estas aguas.
3 FAO. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Opciones técnicas para la agricultura familiar de América Latina. Santiago, Chile. 2013. p 15 4 SCAE-AGUA. Sistema de contabilidad Ambiental y Económica para el agua. Departamento de Asuntos Económicos y Sociales Naciones Unidas. 2011. p 71, 101
25
1.2.3 Fenómeno de primer lavado. Se les denomina así a las precipitaciones
iniciales de la lluvia, las cuales arrastran concentraciones de contaminantes
hacia un cuerpo receptor, donde se presentan cambios en la calidad del agua
que es arrastrada después de la lluvia de inicio de temporada. Durante esta fase,
la contaminación del agua que ingresa a los desagües pluviales en áreas con
altas proporciones de superficies impermeables suele estar más concentrada en
comparación con el resto de la tormenta. En consecuencia, estas altas
concentraciones de escorrentía urbana resultan en altos niveles de
contaminantes descargados al sistema de alcantarillado pluvial de aguas
superficiales5.
1.3 APROVECHAMIENTO AGUA LLUVIA
Las precipitaciones de manera indirecta se encargan de recargar los embalses,
pantanos, ríos y acuíferos de los cuales el ser humano habitualmente obtiene el
recurso hídrico, la ausencia parcial de las mismas (o en algunos casos la
ausencia total de precipitaciones) en determinadas zonas geográficas afecta
directamente a millones de personas, que sufren restricciones de uso cada vez
más habituales6. Por ende, ante el panorama actual de aumento de situaciones
de escasez y disminución paulatina del agua no contaminada en el entorno
global debido al aumento del consumo, contaminación y mala gestión del recurso
hídrico, el aprovechamiento de otras fuentes hídricas es una opción real y de
desarrollo crucial para el devenir de este recurso indispensable, escenario donde
el agua lluvia posee un gran potencial de aportar y aliviar parcialmente la
demanda creciente de agua.
En los últimos años, se conocen más de 3300 instalaciones para el tratamiento
y regeneración de aguas residuales, con diversos grados de etapas de
acondicionamiento, y aplicadas para varios fines, como el riego agrícola, diseño
urbano y usos recreativos, procesamiento industrial, la producción indirecta de
agua potable, y la recarga de aguas subterráneas7. La ilustración 3 muestra el
número de sistemas de reutilización de agua municipal en las diferentes regiones
del mundo, según el uso de aplicación, agrícola, urbano, industrial y mixto
(multipropósito).
5 MAESTRE. A, PITT, R. The National Stormwater Quality Database, Version 1.1. Center for Watershed Protection. Report prepared for U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Washington. 2005. 6 PEREZ, Ivan. Aprovechamiento de Aguas Pluviales. Departamento de Construcciones Arquitectónicas II. Universidad Politécnica de Catalunya. España. 2009. Disponible en: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/7222/pfc%202009.058%20mem%C3%B2ria.pdf 7 FAO. Reutilización del agua en la agricultura: ¿Beneficios para todos? Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. 2013. p 11-14
26
Ilustración 3. Sistemas de reutilización de aguas municipales, por campo de aplicación
Fuente. ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA ALIMENTACIÓN Y LA
AGRICULTURA. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Manual de captación y aprovechamiento
del agua lluvia 2013 [consultado el 22 de mayo de 2020]. Disponible en
http://www.fao.org/3/ai128s/ai128s00.pdf
En la actualidad, el aprovechamiento del agua lluvia se muestra como fuente
potencial de agua en las ciudades de países en vías de desarrollo, donde debido
a los problemas de escasez y sobrecarga de otras fuentes hídricas, esta opción
ha venido presentando un mayor auge por ser una práctica muy interesante
desde el punto de vista económico y ambiental8. Mediante estudios se ha
evidenciado como los rendimientos y la rentabilidad de la producción
agropecuaria puede mejorarse significativamente con la captación de agua de
lluvia9. También, el aprovechamiento puntea como una gran opción como fuente
de agua potable para poblaciones con difícil y visible limitación al acceso a este
recurso, indispensable para las actividades diarias de las personas.
En contexto nacional, en Colombia las aguas pluviales urbanas actualmente son
subutilizadas debido a que no se encuentran comprendidas como un recurso;
simplemente se ha combatido la problemática de drenar las aguas pluviales a
zonas aledañas de la ciudad, con la utilización de los cauces urbanos que han
sido canalizados y el alcantarillado diseñado para recolectar toda el agua
producto de la escorrentía superficial, originando en los sistemas hídricos la
pérdida de la riqueza natural y su capacidad de respuesta ante las crecientes
presentadas. Así mismo, por el aumento de las superficies impermeables en las
ciudades, los sistemas de drenaje resultan ser incapaces para infiltrar los
8 HATT, B. E., Deletic, A. & Fletcher, T. D. (2006). Integrated treatment and recycling of stormwater: a review of Australian practice. Journal of Environmental Management. p 7 9 FAO. Manual de captación y aprovechamiento del agua lluvia, Experiencias América Latina. Santiago, Chile. 2000
27
volúmenes de agua circulantes, generando con mayor frecuencia las
inundaciones10. Con el aumento de conciencia en las instituciones educativas y
gubernamentales, se presentarán alternativas viables para el aprovechamiento
gradual de estas aguas, por medio de diversos artículos han enfatizado en
realizar una captación del agua lluvia para usos domésticos, destinado para
limpieza de fachadas, para inodoros y/u orinales, entre otros.
En este proyecto se busca presentar alternativas de aprovechamiento de agua
lluvia, que permitan abarcar esta problemática actual, así, favorecer y
potencializar su optimo uso en sectores productivos como el agropecuario, en el
consumo humano o en la recarga de las fuentes subterráneas de extracción del
recurso (pozos). En base a esto y mediante las referencias consultadas, fue
posible plantear las etapas que conlleva este proceso. Por ende, se establecen
cinco (5) etapas como las principales en el proceso, las cuales son: captación,
transporte, tratamiento y almacenamiento o posterior distribución.
1.3.1 Captación de Agua lluvia. La captación de agua de lluvia es considerada
como la recolección de la escorrentía superficial para propósitos de producción
agropecuaria y forestal11. Existen distinto métodos de captación actualmente, la
mayoría de las técnicas de captación de lluvia tienen un origen empírico, que
han sido desarrolladas y perfeccionadas en los últimos 30 años gracias al aporte
de diferentes instituciones y países12. Hay una gran variedad de técnicas
adaptadas a diferentes situaciones, las que cumplen diferentes finalidades. La
FAO define la captación como la técnica capaz, individualmente o combinadas
con otras, de aumentar la disponibilidad de agua para uso doméstico, animal o
vegetal. Por lo general, son técnicas mejoradas de manejo de suelos, manejo de
cultivos, la construcción y manejo de obras hidráulicas que permiten captar,
derivar, conducir, almacenar y/o distribuir el agua de lluvia13.
En el siguiente diagrama se pueden evidenciar las opciones o modalidades de
captación existentes, derivadas según su uso final doméstico, agrónomo o
animal, las cuales pueden ser captadas por la escorrentía, pozos, techos u otras.
10 HERNÁNDEZ, J., Bayón, J., Fresno, D., Pérez, M., Jordana, J., Muñoz, F., et al. (2006). Construcción de pavimentos permeables para el control en origen de la escorrentía urbana: ejemplo práctico del aparcamiento del palacio de deportes de La Guía. Universidad de Cantabria, Universidad de Oviedo y Ayuntamiento de Gijón. 11 VEENHUIZEN, Rene van. Manual captación y aprovechamiento de agua lluvias. Oficina Regional de la FAO para América Latina. Santiago, Chile. 2000 12 SILVA, Maria S. L.; MENDONÇA, Cláudio E. S.; ANJOS, José B. dos; HONÓRIO, Antônio P. M.; SILVA, Aderaldo de S.; BRITO, Luiza T. de L. Barragem subterrânea: água para a produção de alimentos. Petrolina, 2007a, Cap. 6, p. 121-137. 13 FAO. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Opciones técnicas para la agricultura familiar de América Latina. Santiago, Chile. 2013. p 88
28
Ilustración 4. Modalidades de captación de agua según la finalidad de uso
Fuente: ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA ALIMENTACIÓN Y LA
AGRICULTURA. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Santiago, Chile. 2013. [consultado el 20
de mayo de 2020 Disponible en: http://www.fao.org/fileadmin/user_upload/AGRO _
Noticias/docs/captacion_ agua_de_ luvia.pdf
En la captación del agua lluvia, por medio de la escorrentía superficial, que es el
tipo de captación que se estudia en este proyecto, es la parte de la precipitación
que no llega a penetrar el perfil de suelo, y, por consiguiente, puede circular
libremente sobre la superficie del terreno. Las lluvias muy intensas producen
escorrentía que puede ser aprovechada para diferentes usos (doméstico, animal,
riego, etc.)14. Generalmente se busca aumentar la cantidad de agua lluvia
recuperada disponible para el uso destinado de esta, siendo una estrategia
contar con la presencia de una superficie inclinada preferiblemente, hacia la zona
de recolección o transporte. Se puede presentar arrastre de contaminantes en
forma de partículas sólidas de diversos tamaños los cuales deberán ser retenidos
o separados posteriormente.
1.3.2 Transporte de Escorrentía. En esta etapa el agua lluvia de escorrentía
tras ser captada en la superficie independientemente del método de recolección,
se moviliza mediante tuberías, alcantarillado y/o canaletas dentro de un sistema
de transporte hidráulico. Como se desarrolla este proyecto, el transporte de la
escorrentía va de la mano con la captación, la cual se realiza en el sistema
alcantarillado pluvial municipal del casco urbano de Tenjo, este cuenta con un
sector de alcantarillado separado y otro, combinando el pluvial con el doméstico.
14 FAO. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Opciones técnicas para la agricultura familiar de América Latina. Santiago, Chile. 2013. p 15
Estos sistemas de alcantarillado poseen filtros, como lo son rejillas ubicadas en
los sumideros, que cumple la función como un primer pretratamiento de la
escorrentía, con la finalidad de eliminar contaminantes de gran tamaño evitando
posibles taponamientos e incidentes a lo largo de la red de alcantarillado. El
destino final de esta movilización hídrica es el tratamiento, almacenamiento y/o
vertimiento15.
1.3.2.1 Alcantarillado separado. Los sistemas de alcantarillado separados son
la primera opción tradicionalmente para el diseño y construcción de sistemas de
recolección de aguas residuales y lluvias en el territorio nacional, utilizados para
la recolección y el transporte de las aguas residuales y las aguas lluvias desde
su generación hasta las plantas de tratamiento de las mismas o hasta los sitios
de vertimiento.
En este sistema las aguas residuales y las aguas lluvias son recolectadas y
evacuadas por sistemas totalmente independientes; en tal caso, el sistema
separado de alcantarillado de aguas residuales usualmente se denomina
alcantarillado de aguas residuales; y el sistema por el cual se recolectan y se
transportan las aguas lluvias se denomina alcantarillado de aguas lluvias o
pluvial16. Ilustración 5. Representación sistema de alcantarillado separado
Fuente: CLEAN WATERWAYS. HEALTHY NEIGHBORHOODS [consultado el
13 de mayo de 2020]. Disponible en: https://www.njcleanwaterways.com/
combined-sewers
1.3.2.2 Alcantarillado combinado. Los sistemas de alcantarillado combinados
son aquellos en los cuales tanto las aguas residuales como las aguas lluvias son
15 Norma OS.060. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Bogotá. Colombia. Disponible en: http://ww3.vivienda.gob.pe/DGPRVU/docs/RNE/T%C3% ADtulo%20II%20Habilitaciones%20Urbanas/22%20OS.060%20DRENAJE%20PLUVIAL%20URBANO.pdf 16 ACUEDUCTO. Plan maestro de acueducto y alcantarillado. Agua a alcantarillado de Bogotá. 2006. Disponible en: https://www.acueducto.com.co/wps/html/resources/empresa/Documentot ecnicoDTS.pdf
recolectadas y transportadas por el mismo sistema de tuberías. Tiene mayor
aplicabilidad en aquellas localidades donde no existan condiciones que permitan
el uso de otro tipo de sistemas y en áreas urbanas densamente pobladas, donde
los volúmenes anuales drenados de aguas residuales son mayores que los de
aguas lluvias o cuando resulte ser la mejor alternativa técnica, económica y
ambiental, teniendo en cuenta consideraciones de tratamiento y disposición final
de las aguas combinadas.17
Ilustración 6. Representación sistema de alcantarillado combinado
Fuente: CLEAN WATERWAYS. HEALTHY NEIGHBORHOODS [consultado el 13
de mayo de 2020]. Disponible en https://www.njcleanwaterways.com/combined -
sewers
1.3.3 Tratamiento. Es la etapa posterior tras la captación y transporte, puede
estar precedida de una etapa de almacenamiento y consta de la aplicación de
diversos procesos fisicoquímicos necesarios para llevar la condición
fisicoquímica del agua inicial a la condición requerida. Esta etapa se divide
según los niveles de aplicación de los diversos procesos.
Tabla 1 Tipos de Tratamiento de Aguas
Fuente: elaboración propia
17 MINVIVIENDA. Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS.
TÍTULO D. Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas Residuales Domésticas y Aguas Lluvias. (2016). p. 10-14. Disponible en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ ViceministerioAgua/TITULO_D. pdf
31
1.3.3.1 Tratamiento primario. Este primer tratamiento consta en la reducción
de los sólidos suspendidos del cuerpo acuoso mediante técnicas de carácter
físico valiéndose del efecto de la gravedad. Esta etapa de tratamiento reduce
considerablemente la presencia de contaminantes sólidos de diverso tamaño,
pero no es muy eficaz en la eliminación de agentes microbiológicos.18 Los
tratamientos puntuales que se enfocan en este cometido son:
a. Cribado: Se emplea con el objetivo de reducir el porcentaje de sólidos en
suspensión de distintos tamaños mediante el paso del efluente a través de rejillas
de diferentes tamaños, dependiendo la cantidad de estas, de la diversidad de
tamaños en los sólidos presentes, con la finalidad de agrupar y extraer estos
residuos, posteriormente, pueden disponerse en relleno sanitario o ser
eliminados por incineración o por digestión anaerobia. El cribado tiene un bajo
rango de efectividad ya que elimina del 5% al 25% de los sólidos en suspensión.
b. Sedimentación: Este proceso se utiliza para eliminar los sólidos suspendidos
en el agua residual empleando la diferencia de peso específico de las partículas
sólidas suspendidas en el efluente a tratar. Puede realizarse este proceso en
una o varias etapas, continuas o discontinuas según el nivel de sólidos
presentes. es un método que elimina del 40% al 60% de los residuos presentes19.
Se puede aplicar este tratamiento manteniendo las propiedades físicas
constantes como el tamaño, forma o peso específico de los sólidos presentes, o
afectando estas propiedades agrupando partículas mediante un agente
floculador, para esta modalidad de sedimentación se tiene en cuenta la velocidad
de formación de los flocs, que dependerá de las propiedades físicas iniciales de
los sólidos.
Según Jairo Romero se distinguen distintos momentos al aplicar la
sedimentación según su propósito20 siendo los siguientes:
I. Sedimentación primaria: Se remueven los sólidos sedimentables y los
sólidos flotantes en aguas residuales crudas.
II. Sedimentación intermedia: Se remueven los sólidos de origen biológico
preformados presentes en biorreactores filtrantes.
18 BAEZA, Jaime. Reutilización de aguas residuales para riego. Máster Universitario en Gestión Sostenible y Tecnologías del Agua. Universidad de Alicante. España. año. p. 19. Disponible en: https://iuaca.ua.es/es/master-agua/documentos/-gestadm/trabajos-fin-de-master/jaume-baeza. pdf 19 RAMALHO, Rubens, Tratamiento de aguas residuales. Facultad de Ciencia e Ingeniería. Universidad Laval. Canadá. 1996. p 92-93 20 ROMERO, Jairo, Teoría y principios de diseño. Facultad de Ingeniería. Escuela Colombiana de Ingenieros. Colombia. 2000. P 631.
32
III. Sedimentación secundaria: Se remueven la biomasa y sólidos suspendidos
de biorreactores que traten con lodos activados.
IV. Sedimentación terciaria: Se remueven los sólidos suspendidos y
floculados en plantas de tratamiento de aguas residuales.
c. Flotación: Este método se emplea para separar sólidos que no se pueden
remover mediante sedimentación porque poseen una densidad
aproximadamente igual a la del agua o relativamente inferior21, y el efecto
gravitatorio no es eficaz. El proceso se basa en la inyección de un gas, aire
generalmente, generando burbujas que se adhieren a los sólidos y los elevan a
la superficie para lograr la separación o remoción de grasas, aceites y sólidos.
d. Neutralización: Es el proceso de ajuste de pH del agua por medio de adición
de un ácido o una base dependiendo el pH objetivo y el pH inicial del efluente22.
Este proceso se lleva a cabo antes de ser vertido en un medio receptor, un
alcantarillado y antes de hacer un tratamiento químico o biológico. Los
compuestos químicos empleados son específicos según el origen y el destino
del agua a tratar. Suelen ser sales ácidas o bases fuertes que puedan afectar la
seguridad de la operación.
1.3.3.2 Tratamiento secundario. El tratamiento secundario es el encargado de
garantizar la descomposición y evacuación del material biológico en las aguas
residuales23. Este material puede poseer presencia de virus, bacterias, hongos,
protozoos entre otros tipos de vida microscópica como también especies
químicas orgánicas, es decir compuestos que pueden poseer carbono, oxigeno,
azufre o nitrógeno etc. El tratamiento secundario se rige bajo procesos de
naturaleza aerobia o anaerobia donde se busca degradar activamente estos
residuos hasta lograr acumularlos como sólidos suspendidos siendo fácilmente
extraíbles pudiéndolos regresar a recursos hídricos, o extraerlos para uso
posterior como lodos activos en otro tipo de procesos. Al igual que el tratamiento
primario, éste tiene varios procesos, los cuales son:
a. Aireación: Consiste en el abastecimiento progresivo de oxígeno para que las
bacterias aerobias presentes en el agua residual, descompongan los residuos
orgánicos. El material resultante se acumula al fondo del tanque o contenedor
denominándose lodo activado. Posteriormente se decanta el biomaterial en
21 GUNT HAMBURG. Tratamiento de aguas, procesos mecánicos (2014). p.1. Disponible en: https://www.gunt.de/images/download/flotation_sedimentation_spanish.pdf 22 UNIVERSIDAD DE CORUÑA. Fichas técnicas de etapas de procesos de plantas de
tratamiento de aguas residuales de la industria textil. 2014. p. 2,3. Disponible en: https://www.wateractionplan.com/documents/177327/558161/Neutralizaci%C3%B3n.pdf/e7996c1d-1265-54c0-07d8-c0a79ce2cd91 23 BERNARDO SERVÍN MASSIEU, Tratamiento de aguas residuales.2008 [sitio web]. Ciudad de
forma de lodo. El proceso puede variar en la forma de aplicación de aire sea
mediante una turbina a motor, que al girar oxigena el efluente, o un sistema
inyector de aire de manera dispersa, focalizada y/o superficial.24
b. Sedimentación Secundaria: Este método, al igual que el anterior, consiste
en la descomposición del material articulado empleando bacterias y
microorganismos y generalmente se aplica junto a la aireación. La sedimentación
secundaria es una operación formadora de flóculos permitiendo su asentamiento
donde las impurezas serán retiradas y acumuladas en el lodo para ser degradas
más fácilmente25. Este proceso posee eficiencias a su salida del 90%
aproximadamente, siendo el fluente claro y muy bajo en contenido orgánico.
1.3.3.3 Tratamiento terciario. El tratamiento terciario de las aguas residuales
puede ser entendido como cualquier práctica adicional a los procesos biológicos
secundarios, cuyo objetivo es el de eliminar contaminantes orgánicos no
biodegradables, organismos patógenos y nutrientes como el nitrógeno y el
fósforo26. Este es el tratamiento más completo comparado con los dos anteriores,
pero posee métodos de altos costos de operación que no son muy usados. Este
tratamiento hace énfasis en la depuración de la carga orgánica residual y
también a aquellos residuos que no fueron retirados exitosamente en los
anteriores tratamientos. Este tratamiento es de carácter fisicoquímico. Los
procesos que hacen parte del tratamiento terciario son:
a. Intercambio iónico: Es una operación en la que se utilizan resinas de
intercambio iónico, éstas son capaces de retener los iones disueltos en el agua
para luego cederlos a otra fuente logrando depurar el agua a altos niveles de
pureza. La aplicación habitual de estos sistemas, es, por ejemplo, la eliminación
de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones. Estos
intercambiadores de iones son sólidos insolubles o líquidos inmiscibles, que
poseen cationes o aniones susceptibles a un cambio reversible y
estequiométricamente con los iones del mismo signo presentes en soluciones de
electrolitos, con los cuales son puestos en contacto27.
24 BELZONA. Tratamiento de aguas residuales, Mapa de la plata. 2010. p.19. Disponible en: https://www.belzona.com/es/solution_maps/wastewater/money_map.pdf 25 USAID. Guía de referencia de sistemas de tratamiento de aguas residuales utilizados en centro América. Estados Unidos. p 19. Disponible en: https://www.sica.int/busqueda/busqueda_archivo .aspx?Archivo= odoc_73992_1_23102012.pdf 26 LOZANO, William. Fundamentos de diseño de plantas depuradoras de aguas residuales. Bogotá, Colombia. p 132 27 PAUER, Ricardo. Generalidades sobre el intercambio iónico. Conceptos introductorios. Seminario de Agua y Energía. Rosario 1990. Disponible en: http://www.cdaguas.com.ar/pdf/ aguas/02_Generalidades_sobre_el.pdf
b. Adsorción: Este proceso se basa en la captación de sustancias solubles en
la superficie de un sólido, este proceso se usa para eliminar compuestos
orgánicos y para mejorar factores sensoriales del agua (olor, color, sabor). Este
proceso es común por usar el carbón activado como adsorbente, sin embargo,
hay diversas aplicaciones de este método con adsorbentes de origen natural. El
concepto de este proceso corresponde a la transferencia de una molécula de la
fase líquida hacia la fase sólida. Este fenómeno obedece a las leyes de equilibrio
entre la concentración en fase líquida y la fase sólida del soluto, sobre la
superficie del material adsorbente28.
c. Ozonización: Es una tecnología avanzada de oxidación, donde el ozono
mejora la biodegradabilidad de los residuos haciendo más fácil el tratamiento
biológico convencional. Utilizar el método de ozonización, aunque es efectivo
para disminuir los impactos ambientales, no es tan común usarlo debido a sus
altos costos. La oxidación directa de la pared celular constituye su principal modo
de acción, por lo cual, el ozono es eficaz para eliminar bacterias, virus, protozoos,
nemátodos, hongos, agregados celulares, esporas y quistes. Por otra parte,
actúa a menor concentración y con menor tiempo de contacto que otros
desinfectantes como el cloro, dióxido de cloro y mono cloraminas29.
d. Electroquímica: Este proceso requiere electricidad para producir una
reacción química que ayudará a la eliminación y/o destrucción del contaminante.
El sistema está compuesto por un ánodo (oxidación) y un cátodo (reducción). En
el área del tratamiento de las aguas residuales, por ejemplo, la
electrocoagulación ha demostrado ser altamente efectiva en la eliminación de
coloides, ayudando a la reducción de la DQO, eliminación de sales (amonio,
sulfatos, fosfatos), eliminación de PCBs, cianuros, nitritos, fenoles, tensioactivos,
tintes y colorantes, eliminación de grasas, aceites y emulsiones, electro-
deposición de metales pesados (Zn, Pb, Ni, Cr) y, más recientemente,
eliminación de contaminantes emergentes30.
28 CYTED. Manual técnico sobre procesos de oxidación avanzada aplicados al tratamiento de aguas residuales industriales. Disponible en: http://www.cyted.org/sites/default/files/manual _sobre_oxidaciones_avanzadas_0.pdf 29 CosemarOzono. Tratamiento con Ozono. Recuperación de aguas residuales. Disponible en: https://www.cosemarozono.com/descargas/recuperacion_aguas_residuales.pdf 30 MOYA, María José. Tecnologías electroquímicas en tratamiento de aguas: Electrocoagulación. Módulo 3. Disponible en: https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/86621/1/Tema-TECNO LOGIAS-ELECTROQUIMICAS.pdf
35
e. Fotocatálisis: La fotocatálisis emplea radiación UV y/o visible (luz solar en
algunos catalizadores) como fuerza motriz de tratamiento de aguas. Este
proceso causa la aceleración de una reacción fotoquímica mediante la presencia
de un catalizador, se da lugar a la eliminación de materia orgánica y metales
pesados disueltos en el agua residual. Dentro de la fotocatálisis se tienen dos
tipos de técnicas: procesos heterogéneos (semiconductor) y los procesos
homogéneos (catalizador disuelto). La fotocatálisis se aplica cuando se requiere
el uso de un catalizador que absorbe la energía radiante y acelere la oxidación
de la energía solar que llega a la superficie terrestre24.
36
2. DIAGNÓSTICO DE PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS DEL AGUA
LLUVIA
El diagnostico consiste en realizar una recolección de datos de ciertos
parámetros fisicoquímicos de muestras previamente identificadas para su
posterior análisis e interpretación, con el fin, de determinar una estandarización
de aquellos parámetros fisicoquímicos seleccionados. Este ejercicio permite
identificar patrones que permitan normalizar el proceso posterior de tratamiento,
teniendo una referencia sólida acerca del comportamiento de estos parámetros
por medio de la estandarización, para ello, se requiere de una adecuada práctica
de muestreos en condiciones similares y así, no presentar una alta dispersión en
los resultados.
Una parte esencial en el trabajo de estandarización de un proceso en específico,
es el análisis de los datos obtenidos, esto se realiza mediante algunas
herramientas estadísticas que permiten evaluar e identificar los patrones
representativos de las muestras adquiridas y lograr así, una estandarización
veraz y sólida que permitan una adecuada utilización de estos datos.
2.1 SELECCIÓN PUNTOS ESTRATÉGICOS DE MUESTREO
La selección de los puntos de muestreos representativos inició con la
delimitación espacial del proyecto, la cual representa el casco urbano en el
municipio de Tenjo, dado la existencia del sistema de alcantarillado pluvial. En
base al proyecto Juan Gerena y Mónica Mora31, donde evaluaron los parámetros
fisicoquímicos del agua lluvia de escorrentía, en tres puntos de diferentes
sectores, el industrial, el residencial y zonas de parqueo; de igual modo,
determinaban la incidencia de los suelos de estos sectores hacia un sistema de
drenaje urbano sostenible en la ciudad de Bogotá, Colombia.
Para ello, se establecieron puntos específicos de muestreos, los cuales
presentaban propiedades importantes en cuanto a sus parámetros
fisicoquímicos previamente seleccionados a determinar y, asociados a las
actividades presentes en los tres sectores evaluado. Por medio de esto, es
posible establecer una caracterización representativa del agua lluvia de
escorrentía, cuando se presenta el fenómeno de primer lavado en los sectores
analizados.
31 GERENA, Juan David. MORA Mónica Viviana. Evaluación de parámetros Fisicoquímicos en agua lluvia de escorrentía en tres puntos con tipos de suelos industrial, residencial y vehicular en Bogotá con protección a sistemas urbanos de drenaje sostenible. Universidad Santo Tomás de Aquino. Facultad de Ingeniería Ambiental. Bogotá. 2017.
37
La adaptación hacia el presente proyecto, se basa principalmente en la selección
e identificación de tres (3) puntos estratégicos de muestreo que tengan acceso
al sistema de alcantarillado, dado que este es el método de captación planteado
en el proyecto. Estos puntos deben evidenciar factores de alta incidencia en su
ubicación que decanten en su elección, dado que estos puntos pudieran
presentar los parámetros fisicoquímicos más críticos y así, obtener un
diagnóstico representativo de la escorrentía en el casco urbano del municipio de
Tenjo.
2.1.1 Factores de incidencia en la selección de puntos de muestreo. La
importancia de identificar criterios de selección, que marquen una relevancia
notoria en el comportamiento de los parámetros fisicoquímicos del agua lluvia
será clave para elaborar un diagnóstico32. En base en esto, se lograron identificar
cuatro (4) factores que presentaban una gran incidencia a la hora de realizar una
adecuada selección estratégica y representativa de los puntos de muestreo y
posterior captación del agua lluvia en el casco urbano del municipio de Tenjo.
Los factores identificados que representan alta importancia son los siguientes:
I. Alto flujo vehicular y peatonal
II. Presencia de zonas de parqueo vehicular.
III. Caudal de escorrentía alto (según perfil de vías).
IV. Disponibilidad de vertederos a la red de alcantarillado.
El cumplimiento de estos cuatro factores en cada uno de los diferentes puntos
de captación de muestras de agua lluvia seleccionados, permitieron que las
muestras captadas en los puntos presenten los parámetros fisicoquímicos más
críticos, con los picos más altos de contaminación orgánica e inorgánica y, un
alto contenido de compuestos indeseados, haciendo que su posterior análisis
sea más concluyente a la hora de seleccionar el tratamiento adecuado para
lograr un recurso apto para su aprovechamiento en ámbito doméstico,
agropecuario o recarga a fuentes subterráneas.
2.1.2 Descripción de Puntos de muestreo. Como se mencionó anteriormente,
fue necesario identificar y seleccionar tres (3) puntos de muestreos en una
ubicación estratégica, con la finalidad de obtener una caracterización
representativa del agua lluvia en el casco urbano del municipio de Tenjo.
Relacionando lo anterior, con los cuatro factores de incidencia expuestos, se
logró realizar la selección de los puntos de muestreo que están conectados
directamente a la red de alcantarillado municipal y que está dispuesta para el
vertimiento del agua lluvia de escorrentía en el sistema, que son los siguientes:
32 GOONETILLEKE, A, THOMAS, E & GILBERT, D. Understanding the role of land use in urban stormwater quality management. Journal of Environmental Management, vol. 74. p. 31-42, 2005.
38
Ilustración 7. Ubicación espacial de los tres puntos de muestreo
Fuente: Google Maps. [Consultado el 10 de febrero de 2020]. Disponible en
Como lo especifica Carlos Severiche (2013), en el manual de Métodos analíticos
para la determinación de Parámetros fisicoquímicos básicos en aguas34, se
requiere de un recipiente plástico o de vidrio para la captación y conservación de
la muestra. Por ende, la recolección de las muestras se realizó en un recipiente
plástico con aforo de 2 litros de capacidad, purgado previamente tres veces con
la misma muestra, antes de recoger la cantidad de muestra final, a la cual se le
analizaron sus parámetros fisicoquímicos para la estandarización del agua lluvia.
La representación gráfica de la metodología de captación de muestras en los
tres puntos de muestreo se muestra en la siguiente figura:
Ilustración 8. Representación de la captación en puntos de muestreo
Fuente: elaboración propia
La etapa de captación en los diferentes tres puntos de muestreo seleccionados,
se determinó que se realizaría durante un periodo de tiempo no superior a 20
minutos de inicio de las precipitaciones, esto debido a que durante ese intervalo
de tiempo, se presenta el fenómeno hidrológico de “primer lavado” y es allí,
donde la escorrentía arrastra agua lluvia con concentraciones de contaminantes
altas35 hacia un cuerpo receptor, lo cual permitió obtener las muestra que
disponían de los parámetros fisicoquímicos más críticos presentados durante las
precipitaciones.
2.4 MÉTODO DE PRESERVACIÓN DE LA MUESTRA
Para definir el método en que las diferentes muestras captadas fueron
conservadas para garantizar un resultado confiable del análisis fisicoquímico de
parámetros anteriormente mencionados, es necesario establecer una selección
de guías o manuales de técnicas analíticas para parámetros específicos de la
caracterización del agua lluvia. Basado en esto, el manual de Carlos Severiche
34 SEREVICHE, Carlos Alberto. CASTILLO, Marlon Enrique. ACEVEDO, Rosa Leonor. Manual
de Métodos Analíticos para la Determinación de Parámetros Fisicoquímicos Básicos en Aguas. Cartagena de Indias. Colombia. 2017. Disponible en Internet: http://www.eumed.net /libros- gratis/2013a/1326/1326.pdf 35 LEE, J. H, BANG, L. H. KETCHUM, J. First flush analysis of urban storm runoff. Scinece of the Total Environment, vol. 293, pp. 163-175, 2002.
42
(2013) y la guía metodológica del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras
(INVEMAR)36 establecen factores importantes a tener en cuenta, como el tiempo
y condiciones de preservación de muestras, al igual que, sugiere la técnica o
método de determinación del parámetro fisicoquímicos seleccionado para la
caracterización del agua lluvia en el casco urbano del municipio de Tenjo.
La compilación de la información sobre preservación y custodia de las muestras,
en base a estos documentos mencionados y referenciándolo al proyecto, se
muestra es la siguiente tabla.
Tabla 2. Determinación de tiempo y método de conservación de la muestra.
Fuente: elaboración propia
Como lo aseguran los documentos, el superar el tiempo o modificar las
condiciones de preservación puede alterar notablemente la veracidad de los
resultados obtenidos. Por ende, se establece que parámetros como pH y
conductividad son necesario de determinar in situ, dado que su tiempo de
conservación es muy corto para llevar las muestras hacia el laboratorio, además,
que no requiere de equipos fijos, lo que facilita su medición en el lugar de la
captación.
36 VIVES DE ANDREIS, José Benito. Manual de Técnicas analíticas para la determinación de parámetros fisicoquímicos y contaminantes marinos. Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras. Santa Marta. Colombia. 2003. Disponible en Internet: http://www.invemar.org.co /redcostera1 /invemar/docs/7010manualTecnicasanaliticas.pdf
43
Dentro de la determinación de metales, se estableció un total de tres (3) metales
de alto impacto, en términos de contaminación, toxicidad y aporte para la opción
de tratamiento seleccionada. La disposición de tiempo y condiciones de
conservación, para los cinco metales seleccionados es equivalente para todos.
2.5 PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS AGUA LLUVIA A ANALIZAR
En el ámbito ambiental, los parámetros fisicoquímicos son valores de algunas
propiedades del agua que indican su estado actual determinando su calidad,
posible uso, efecto en la salud humana o animal, o posible afectación al medio
ambiente. A continuación, se describen varios parámetros:
2.5.1 Potencial de Hidrógeno (pH). Esta propiedad determina el nivel de
alcalinidad o acidez del agua, teniendo rangos de 0 a 7 para medio ácido, neutro
con un valor de 7,0 y básico 7,0-14. El pH es definido como –log[H+].
Prácticamente todas las fases del suministro de agua y tratamiento de agua
residual como neutralización acido-base, agua blanda, precipitación,
coagulación, desinfección y control de corrosión dependen del pH37.
El pH para las muestras de los tres puntos seleccionados anteriormente se midió
in situ, como lo estipula el manual de toma de muestra desarrollado por el
Instituto Nacional de Salud38, mediante un potenciómetro Hanna PHPE4
calibrado apropiadamente, dando resultados neutros o levemente ácidos.
Ilustración 9. Potenciómetro Hanna PHPE4
Fuente: elaboración propia
2.5.2 Conductividad eléctrica. La conductividad es la propiedad que presentan
las soluciones para conducir el flujo de la corriente eléctrica y depende de la
presencia de iones, su concentración y la temperatura de medición. El agua
37 INS. Instituto Nacional de Salud. Manual de métodos fisicoquímicos básicos para el análisis de aguas para el consumo humano. Subdirección Red Nacional de Laboratorios. Bogotá, Colombia. 2011. p 39 38 INS. Programa de vigilancia por Laboratorio de la calidad de Agua para consumo humano. Grupo Salud Ambiental “Jaime Eduardo Ortiz”. Bogotá, Colombia. 2011. p 46
44
destilada y fresca tiene una conductividad de 0,5 a 2 microhmios/Cm.,
incrementándose después de unas cuentas semanas de almacenamiento,
debido a la absorción de CO2 de la atmósfera. La conductividad del agua potable
en las unidades SI, tiene un rango de 50 a 1500 microhmios39.
Este parámetro se registró en el laboratorio de la Universidad de América tras 18
horas de recolección de muestras en los tres puntos seleccionados, empleando
un equipo OAKLON calibrado previamente, los resultados poseen variaciones
leves.
Ilustración 10. Conductimetro
Fuente: elaboración propia
2.5.3 Sólidos suspendidos totales (SST). Los sólidos suspendidos están
constituidos por la materia suspendida cuyo origen proviene de diversos tipos,
de fuente orgánica o inorgánica los cuales van desde la arcilla hasta basuras que
es retenida sobre un filtro de fibra de vidrio, cuando se ha pasado una muestra
de agua residual previamente agitada. Por esto la determinación de lo sólidos
suspendidos es de gran valor en el análisis de aguas contaminadas; siendo
considerado como uno de los mejores parámetros usados para evaluar la
contaminación de las aguas residuales domésticas y determinar la eficiencia de
las plantas de tratamiento39.
Se empleó el método gravimétrico para determinar sólidos suspendidos, el cual
consta de una operación de filtración con agua procedente del muestreo a través
de un embudo equipado con papel filtro. Se acelera el movimiento del agua
muestra adicionando agua destilada. Los sólidos suspendidos quedaran en el
papel filtro para proceder a operación de secado a una temperatura entre 103 y
39 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 10-12, 20-25
45
105 °C. Posteriormente se pesará el papel filtro seco con los residuos. Se aplica
la siguiente ecuación para su determinación:
Ecuación 2. Cálculo de Sólidos Suspendidos Totales
Fuente: UNIVERSIDAD DE AMÉRICA. Guías de laboratorio.
Características físicas y químicas fundamentales del agua. *Ver anexo A
Donde m2 corresponde al peso del papel filtro con el residuo secado, m1 el peso
del papel antes del proceso y V el volumen empleado de muestra.
Ilustración 11: Filtración para medición de sólidos suspendidos
Fuente: elaboración propia
2.5.4 Sólidos totales (ST). Es el residuo que queda después de la evaporación
y el secado a una temperatura definida. Está integrada por la materia tanto
orgánica como inorgánica que se encuentra en el agua residual; la cantidad de
sólidos presentes en el agua residual indicará qué tratamiento es necesario para
remover dichos contaminantes40.
Para la medición de los sólidos totales en la muestra se inició con un proceso de
secado en mufla a 550 °C en capsulas de porcelana para asegurar su peso libre
de agua, prosiguiendo a evaporar 100 ml de muestra en plancha a una
temperatura entre 103 y 105 °C para luego pesar finalmente y así, obtener el
peso neto de los sólidos totales presentes en la muestra de agua lluvia. Para la
determinación se emplea la siguiente ecuación:
40 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 20
46
Ecuación 3. Cálculos de Sólidos totales
Fuente: Fuente: UNIVERSIDAD DE AMÉRICA. Guías de laboratorio.
Características físicas y químicas fundamentales del agua. *Ver anexo A
Donde m2 corresponde al peso de la capsula más el residuo tras el secado en
plancha, m1 el peso de la capsula recién adecuada y V el volumen empleado de
muestra.
2.5.5 Sólidos Sedimentables (SS). Hacen parte tanto de los sólidos disueltos
como de los suspendidos, y son la cantidad de sólidos que se pueden juntar y
sedimentar en un determinado periodo de tiempo. Indican que porcentaje de los
sólidos totales se puede extraer de manera física facilitando la posterior
escogencia para otros tratamientos requeridos. Las partículas sólidas presentes
en un agua, puede sedimentarse debido a su densidad o pueden permanecer
flotando en ella41.
La medición de este parámetro consto de un proceso de sedimentación a lo largo
de un tiempo en reposo de una hora, para 1L de muestra en el cono Imhoff
acoplado a un soporte universal, agitando vigorosamente tras 45 minutos de
reposo. Los niveles de sólidos sedimentables obtenidos fueron bajos.
Ilustración 12. Sedimentación en cono Imhoff
Fuente: elaboración propia
41 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 24
47
2.5.6 Demanda Química de Oxigeno (DQO). Es una medida del oxígeno
equivalente al contenido de materia orgánica de una muestra que es susceptible
a oxidación por un oxidante químico fuerte. La oxidación bajo ciertas condiciones
de acidez, temperatura y tiempo, transforma la materia orgánica en dióxido de
carbono y agua. Cuantifica la cantidad de contaminantes oxidados por medios
químicos en un cuerpo acuoso. Este parámetro es bastamente afectado por la
presencia de sustancias orgánicas e inorgánicas42.
La medición de la demanda química de oxígeno se realizó mediante la técnica
de reflujo abierto, esta consiste en la reacción del ácido sulfúrico H2SO4 y el
dicromato de potasio K2Cr2O7 que en medio acido, oxidando la mayoría de
sustancias orgánicas e inorgánica. El procedimiento consistió en la adición de
H2SO4 y K2Cr2O7a la muestra. Se acopla posteriormente al condensador y se
conserva la temperatura con reflujo de agua fría mediante 2 horas. Se diluyo la
muestra en agua destilada y a temperatura ambiente se ejerció una titulación con
SAF o sulfato de amonio ferroso con indicador ferroina hasta lograr un cambio
de azul a café rojizo. Se repite el procedimiento con un blanco experimental de
solo agua destilada para aplicar esta ecuación:
Ecuación 4. Cálculo de Demanda Química de Oxigeno (DQO)
Fuente: Fuente: UNIVERSIDAD DE AMÉRICA. Guías de laboratorio.
Características físicas y químicas fundamentales del agua. *Ver anexo A
Donde A es el volumen de SAF usado en el blanco, B el volumen de SAF usado
en la muestra, M la molaridad del SAF, V el volumen de muestra y f el factor de
solución del SAF.
2.5.7 Alcalinidad. La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar
ácidos. Mayormente, en los recursos acuíferos naturales es causado por las
sales de bicarbonato disueltos, que se forma por la acción del CO2 sobre los
materiales básicos. Otras sales débiles como Silicatos, Fosfatos, Boratos,
también pueden contribuir en pequeñas cantidades a la alcalinidad, al igual que,
algunos ácidos orgánicos pocos resistentes a la oxidación biológica forman sales
que aumentan la alcalinidad en las aguas contaminadas y en estado anaerobio.
Aunque son muchos los materiales que pueden contribuir a la alcalinidad, en
42 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p, 150-151.
48
aguas naturales o tratadas; esta es primariamente una función del contenido de
Carbonatos, Bicarbonatos e Hidróxidos43.
Para este procedimiento se titula la muestra de agua con H2SO4 con fenolftaleína
como indicador, desde un color trasparente hasta un viraje de color rosa purpura.
El valor de alcalinidad presente se determina aplicando la siguiente formula:
Ecuación 5. Cálculo de Alcalinidad
Fuente: UNIVERSIDAD DE AMÉRICA. Guías de laboratorio.
Características físicas y químicas fundamentales del agua. *Ver anexo A
Donde A es el volumen consumido de H2SO4, M la molaridad de H2SO4 y V el
volumen de muestra empleado.
2.5.8 Turbidez. La turbiedad es una expresión de la propiedad óptica que hace
que la solución se disperse y absorba en lugar de trasmitirse en línea recta a
través de la muestra. El método está basado en una comparación de la
intensidad de la luz desviada por la muestra bajo condiciones definidas, frente a
la luz desviada por una suspensión estándar de referencia, bajo las mismas
condiciones. A mayor intensidad de la luz desviada mayor será la turbidez. La
turbidez en el agua es causada principalmente por materiales en suspensión
tales como arcilla, lodos, materia orgánica o inorgánica finamente disueltos,
compuestos orgánicos coloreados y otros microorganismos43.
Este parámetro se registró usando un turbidímetro (modelo), el cual se calibro
con soluciones de turbidez de 0,01, 10 y 1000 NTU. Los resultados fueron
consistentes.
43 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p, 30-31
49
Ilustración 13. Turbidímetro
Fuente: elaboración propia
2.5.9 Dureza total. La dureza total del agua se define como la suma de las
concentraciones de los iones de calcio y magnesio. Químicamente la dureza del
agua es una propiedad causada por la presencia de cationes metálicos
polivalentes y se manifiesta por su reacción con el jabón para formar precipitados
y con ciertos aniones para formar incrustaciones. Los principales iones
causantes de la dureza son el calcio Ca y el magnesio, Mg. Los iones hierro, Fe
y aluminio, Al se consideran también causantes de dureza, pero su solubilidad al
pH del agua natural es tan limitada, que sus concentraciones se consideran
despreciables. La dureza del agua se origina por contacto de agua con el suelo
de formación rocosa y en áreas donde la capa del suelo es gruesa y hay calizas
presentes, por lo que refleja la naturaleza de las formaciones geológicas con las
que ha tenido contacto44.
La determinación de la dureza fue realizada mediante un método título métrico
que consistió en una titulación de la muestra, acidificada previamente a pH 2 con
HNO3, donde se llevó a pH 10 la muestra con solución buffer y se tituló con
Na2EDTA con negro de eriocromo como indicador. La titulación se completaba
cuando el color viraba de rojo vino a azul oscuro. Este proceso se replicó con
agua destilada como blanco analítico para satisfacer la siguiente ecuación:
Ecuación 6. Cálculo de la Dureza
Fuente: UNIVERSIDAD DE AMÉRICA. Guías de laboratorio.
Características físicas y químicas fundamentales del agua. *Ver anexo A
44 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 36-37
50
, donde A es el volumen de Na2EDTA usado en la muestra, B el volumen de Na2EDTA usado en el blanco, M la molaridad del Na2EDTA, y V el volumen de muestra.
Ilustración 14. Titulación con Na2EDTA y negro de Eriocromo
Fuente: elaboración propia
2.5.10 Aceites y Grasas. El término de grasas y aceites incluye aquellas
sustancias de carbono de cadena larga, principalmente ácidos grasos, grasas
ceras y aceites cuya concentración en el agua produce manchas aceitosas sobre
la superficie del agua corriente o represada. El término grasa, entonces se aplica
a una variedad de sustancias orgánicas que son extraídas de suspensiones o de
soluciones acuosas por el hexano o por el freón. Para el tratamiento las
acumulaciones de grasa sobre las paredes, interfieren con los procesos de
tratamientos como tanques de Imhoff, lodos activados y procesos de digestión45.
La determinación de aceites y grasas se realizó mediante extracción Soxhlet, en
un principio se adecuo el lecho filtrante compuesto de papel filtro y muselina en
un embudo Buchner y se filtró a través de el con vacío la muestra acuosa. El
papel filtro se separó y se secó en un horno por 30 minutos a 103°C. Se pesaron
los vasos de extracción del Soxhlet y con solvente hexano se limpió el recipiente
de muestra para extraer residuos grasos y se conectó el equipo Soxhlet al baño
de aceite a 110°C durante 4 horas. Se eliminó el solvente residual en una
campana extractora y tras desecar los vasos se pesó. El contenido de grasas y
aceites se determina por medio de la siguiente ecuación.
45 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 154-156
51
Ecuación 7. Cálculo de Grasas y Aceites
Fuente: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Manual de análisis
de aguas, 1995, página 155.
Donde Pf corresponde al peso final de la extracción, Pi al peso inicial de los
vasos previo a la extracción Soxhlet y V el volumen de muestra.
2.5.11 Hidrocarburos Disueltos. El petróleo está constituido principalmente por
hidrocarburos los cuales son compuestos orgánicos, ramificados, que se pueden
dividir en dos grandes grupos: alifáticos y aromáticos; entre estos, los aromáticos
resultan ser los más tóxicos dado su efecto cancerígeno. Su presencia puede
ser natural o artificial y puede poseer efectos adversos para la salud y las
dinámicas celulares de los microorganismos acuáticos46.
La obtención de este parámetro es similar a grasas y aceites, siendo un proceso
continuo donde el extracto del parámetro anterior se disolvió en n-Hexano, se
agito con barra magnética y se filtró a través de embudo Buchner para luego
eliminar el solvente residual mediante campana de extracción. Se pesa el
resultado final tras extracción. Previamente se pesó el vaso Soxhlet vacío. El
contenido de hidrocarburos se calcula en base a la siguiente ecuación.
Ecuación 8. Cálculo de Hidrocarburos Disueltos
Fuente: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES MARINAS Y COSTERAS.
Manual de técnicas analíticas para la determinación de parámetros
fisicoquímicos y contaminantes marinos. Ministerio de Ambiente, Vivienda y
Desarrollo Territorial. 2003. p 99-102
Donde Pf corresponde al peso final de la extracción, Pi al peso inicial de los
vasos previo a la extracción Soxhlet y V el volumen de muestra.
2.5.12 Metales (Plomo, Cadmio y Cobre). La presencia de metales en agua
potable, aguas residuales, y en los cuerpos de aguas receptores, constituye un
serio problema, ya que su toxicidad afecta adversamente a los seres vivos que
consumen agua, a los sistemas de tratamiento de aguas residuales y a los
ecosistemas. Los metales pueden ser analizados y determinados por medio de
46 INVEMAR, Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras. Manual de técnicas analíticas para la determinación de parámetros fisicoquímicos y contaminantes marinos. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. 2003. p 99-102
52
técnicas como la espectroscopia de absorción atómica, polarografia o
colorimetría.
Los metales se pueden clasificar según su condición física en:
Metales filtrables disueltos, los cuales se presentan por los constituyentes
de una muestra no acidificada que pasan a través de un filtró de membrana
de 0,45 micras.
Metales Suspendidos, son los componentes de una muestra sin acidular que
son retenidos por un filtro de membrana 0,45 micras.
Metales Totales, son representados por la concentración de metales
determinados en una muestra sin filtrar tras una digestión intensa, o la suma
de fracciones disuelta y suspendida.
Metales Extraíbles con ácido, son la concentración de metales en solución,
tras el tratamiento de una muestra sin filtrar con ácido mineral diluido caliente
La medición de los tres metales (Pb, Cd y Cu) se realizó por medio de la técnica
de Espectrofotometría de Absorción Atómica (AA), la cual comprende el estudio
de absorción de energía radiante (generalmente en las regiones ultravioletas y
visible) por átomos neutros en estado gaseoso. El elemento que se determina
debe ser reducido al estado elemental, vaporizado e introducido en un haz de
radiación procedente de la fuente. Esto se logra llevando un soluto de la muestra,
como niebla fina a una llama apropiada, la cual cumple la función de celda donde
se deposita la muestra en la espectroscopia de absorción ordinaria.
La cantidad de energía absorbida en la llama a una longitud de onda
característica, es proporcional a la concentración del elemento en la muestra en
un intervalo de concentraciones limitadas47.
2.6 RESULTADOS DIAGNOSTICO DE PARÁMETROS DE CALIDAD DEL
AGUA LLUVIA EN TENJO, CUNDINAMARCA
Los valores de la Tabla 3, se obtuvieron en el laboratorio de la Fundación
Universidad de América y el laboratorio externo QUIMCONTROL LTDA para
parámetros fisicoquímicos de aceites-grasas, hidrocarburos y metales (Plomo,
Cobre, y Cadmio).
47 GIRALDO, Gomes. Manual de Análisis de Aguas. Departamento de ciencias. Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. 1995. p 44-50
53
Tabla 3. Resultado de los parámetros fisicoquímicos en el casco urbano del municipio de Tenjo.
Fuente: elaboración propia
Los resultados de la anterior tabla, corresponden a un muestreo del agua lluvia
por escorrentía de los tres puntos planteados en la metodología del proyecto
restando dos muestreos en los tres puntos geográficos para cumplir con la
totalidad de los muestreos propuestos; por situaciones externas al alcance del
proyecto, pandemia mundial, se recurrió a información externa para completar el
número total de muestreos requeridos, siendo necesario complementar esta
información por medio de una revisión bibliográfica, acerca de casos de estudio,
que permitan suministrar valores similares a los obtenidos experimentalmente,
con el fin de obtener un diagnóstico más concluyente, aunque cabe la posibilidad
de que el resultado final posea una alta incertidumbre en sus valores.
54
2.7 DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA Y DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD
DEL AGUA LLUVIA EN LUGARES SIMILARES
2.7.1 Campus universitario de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJB),
sede Bogotá. El objetivo de este proyecto desarrollado por estudiantes de los
grupos de investigación Hidrociencia e ISAD, de la Pontificia Universidad
Javeriana48, buscaban identificar diez (10) puntos de captación con la finalidad
de evaluar la viabilidad económica y técnica del aprovechamiento del agua lluvia
en el campus, y analizar su adaptabilidad revisando estándares de calidad de los
mismos. Las ubicaciones de los puntos seleccionados se identificaron en
cubiertas de diferentes edificios del campus, en sumideros aledaños a edificios
y áreas comunes, también en canales y sistemas de drenajes a lo largo de la
institución.
La ejecución de la metodología por medio de tres campañas experimentales,
consto con la preselección de cinco puntos (la ubicación de los puntos: [3] Canal
suroriental del campo de fútbol, [4] Cubierta del edificio de parqueaderos Don
Guillermo Castro, [5] Caja de recolección del sótano del edificio de parqueaderos
Don Guillermo Castro, [7] Cubierta del edificio de aulas Fernando Barón S.J, [10]
Sumidero del edificio de la Facultad de Psicología Manuel Briceño Jáuregui S.J.),
en la institución educativa de los diez anteriormente mencionados, determinando
sus propiedades físicas y organolépticas, concentración en metales pesados,
concentración en constituyentes orgánicos, concentración en constituyentes
inorgánicos y contaminación, siguiendo los procedimientos indicados en las
normas técnicas correspondientes de Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater (1998), donde especifican la metodología para el
muestreo, la cadena de custodia y su posterior análisis de parámetros
fisicoquímicos, al igual que, la norma ISO 9308-1 (2002), por las cuales se
obtuvieron resultados con una confiabilidad del 95%.
Los resultados de la calidad de agua de los diferentes parámetros evaluados en
los puntos preseleccionados (3, 4, 5, 7 y 10) del campus universitario PUJB, se
evidencian en la siguiente tabla.
48 Torres, A, et al. Aprovechamiento de agua lluvia en el campus de la Pontificia Universidad Javeriana, sede Bogotá (PUJB). Bogotá. 2009. Disponible en: https://www.researchgate.net/ profile/Jaime_LaraBorrero/publication/230887967_Aprovechamiento_de_aguas_lluvias_en_el_campus_de_la_Pontificia_Universidad_Javeriana_sede_Bogota_PUJB/links/5d4455f14585153e5935c909/Aprovechamiento-de-aguas-lluvias-en-el-campus-de-la-Pontificia-Universidad-Javeriana-sede-Bogota-PUJB.pdf
55
Tabla 4. Resultado de los parámetros fisicoquímicos de los diferentes puntos en el campus de la
Pontificia Universidad Javeriana (PUJB), sede Bogotá
Fuente: PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA. Aprovechamiento de agua lluvia en el campus de
la Pontificia Universidad Javeriana, sede Bogotá. Bogotá. 2009. [consultado el 7 de junio de 2020].
La selección de este articulo para realizar el diagnóstico de parámetros de
calidad del agua lluvia en el municipio de Tenjo, se debió a las similitudes
climatológicas con respecto a humedad, temperaturas promedio diarias e
hidrológicas (intensidad de precipitaciones, periodos de lluvia), además, que la
zona en que está ubicado específicamente el campus universitario, se ven
reflejados ciertos factores de incidencia que fueron primeramente mencionados
para la selección de puntos de muestro en el casco urbano del municipio de
Tenjo, como lo son alto flujo peatonal, presencia de zonas de parqueo vehicular,
y la disponibilidad de vertederos, sumideros o canales para la captación de la
escorrentía.
2.7.2 Zona residencial barrió Nueva Zelandia en UPZ San José de Bavaria,
localidad de Suba, Bogotá. Esta investigación se desarrolló en tres escenarios
diferentes (industrial, residencial y vehicular), los cuales presentaban
características particulares; esto con el fin de analizar la calidad del agua lluvia
de escorrentía asociada a las actividades que se llevaban a cabo en cada lugar,
y observar la variación de los parámetros seleccionados en cada uno de los
puntos49.
49 GERENA, Juan David. MORA Mónica Viviana. Evaluación de parámetros Fisicoquímicos en agua lluvia de escorrentía en tres puntos con tipos de suelos industrial, residencial y vehicular en Bogotá con protección a sistemas urbanos de drenaje sostenible. Universidad Santo Tomás de Aquino. Facultad de Ingeniería Ambiental. Bogotá. 2017.
56
Para obtener una similitud en los resultados de los parámetros fisicoquímicos
determinados en esta investigación, con la desarrollada en el casco urbano del
municipio de Tenjo, se eligieron los resultados conseguidos específicamente en
la zona residencial. Este escenario hace referencia a una zona residencial la cual
se ubica en la carrera 48 # 174 en el barrio Nueva Zelandia perteneciente a la
Unidad de Planeamiento Zonal (UPZ) San José de Bavaria dentro de la localidad
de Suba; el punto de muestreo para la captación se realizó cerca de un conjunto
residencial el cual posee un sistema de evacuación de aguas lluvias por medio
de canales facilitando la captación de muestras a analizar. El número total de
muestras realizadas se determinó aplicando el modelo de poblaciones finitas,
determinando un total de 12 muestreos en el área de estudio y los análisis de
laboratorio se llevaron a cabo en las instalaciones de la Universidad Santo
Tomas, los resultados ponderados para la zona residencial se muestran en la
siguiente tabla.
Tabla 5. Resultado de los parámetros fisicoquímicos en zona residencial UPZ San José de
Bavaria
Fuente: GERENA, Juan David. MORA Mónica Viviana. Evaluación de parámetros
fisicoquímicos en agua lluvia de escorrentía en tres puntos con tipos de suelo residencial en
Bogotá con proyección a SUDS. Universidad Santo Tomás de Aquino. Facultad de Ingeniería
Ambiental. Bogotá. 2017. [consultado el 7 de junio de 2020]. Disponible en:
Este punto de muestro presenta factores espaciales, que concuerdan con los
factores de incidencia que fueron tenidos en cuenta para la selección de puntos
de muestreos en la captación de agua lluvia por escorrentía en el casco urbano
del municipio de Tenjo, como la presencia de zonas de parqueo, la existencia de
viviendas y vías comerciales, las cuales aseguran el alto flujo vehicular y
57
peatonal en la zona de estudio. Esto brinda una consistencia entre los datos de
ambas fuentes, y se puede lograr una homogeneidad de ambas muestras.
2.7.3 Edificios Laboratorio de Hidráulica y CADE del Campus de la
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. El presente trabajo
realizado por Nathalia Buitrago50 se enfoca en la caracterización y cuantificación
del agua de escorrentía de techo en dos edificios del campus de la Universidad
Nacional de Colombia: el Laboratorio de Hidráulico y el CADE, para el estudio
de un prediseño de una piscina de retención en el campus universitario.
Establecieron como parámetros importantes para caracterizar en el análisis de
la calidad del agua de escorrentía en techos, como el pH, conductividad,
temperatura, oxígeno disuelto y sólidos disueltos, además, de metales pesados
y sulfatos. Sin embargo, fue conveniente hacer una caracterización físico-
química completa a las primeras muestras tomadas, con el objetivo de establecer
con certeza otros determinantes que pueden ser importantes de monitorear
debido a las condiciones propias de la zona de estudio. Para la toma de muestras
se procuró escoger eventos de precipitación con diferentes características de
intensidad, duración y tiempo seco antecedente, con el propósito de observar los
diversos comportamientos de los determinantes monitoreados. Mediante el
estudio se encontró que los eventos de precipitación en la zona de estudio
generalmente se presentan entre la 1 y 2 p.m., con duración inferior a 2 horas.
La captación de la muestras en los techos de los edificios, se tomaron
directamente en las tuberías de descarga de agua lluvia, donde se le midieron
parámetros in situ como conductividad, oxígeno disuelto, y pH, durante los
primeros 5,10, 15, 20, 30, 40, y 70 minutos desde que observa la descarga hacia
los pozos. La medición en el pozo del laboratorio de hidráulica, corresponde a
eventos del 29 de noviembre de 2010, igual para el muestreo en el pozo CADE-
LEH. Los resultados del muestreo que se realizó en ambas locaciones se
muestran en la siguiente tabla.
50 BUITRAGO, Nathalia. Cuantificación y caracterización de la calidad del agua de escorrentía de techo para el prediseño de una piscina de retención en el campus de la Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola. Colombia. 2011. P 90-110
58
Tabla 6. Resultado de los parámetros fisicoquímicos de pozos en LH y CADE Universidad
Nacional de Colombia, sede Bogotá
Fuente: BUITRAGO, Nathalia. Cuantificación y caracterización de la calidad del agua de
escorrentía de techo para el prediseño de una piscina de retención en el campus de la UN.
2017 Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola. Colombia. 2011. P
103. [Consultado el 8 de junio de 2020]. Disponible en:
Los resultados obtenidos en los muestreos de ambas edificaciones, se
compararon con investigaciones similares con la finalidad de establecer e
identificar el rango (alto, medio o bajo) en que se encuentran los valores de
concentración de las parámetros medidos. Además, se compararon frente a los
límites establecidos por le legislación Colombiana en el Decreto 1594 de 1984
para el uso humano, agrícola y pecuario.
2.8 DETERMINACIÓN DE CARACTERIZACIÓN PONDERADA DEL AGUA
LLUVIA DE ESCORRENTÍA
Recolectando los diferentes resultados de muestreo realizados en diferentes
ubicaciones como campus universitarios (Pontificia Javeriana y Universidad
Nacional), y zonas residenciales sobre del agua lluvia de escorrentía, para
complementar el diagnostico obtenido en el área de estudio (casco urbano
Tenjo), se crea una ruta para elaborar una caracterización ponderada que logre
abarcar todos los proyectos analizados, y así, obtener valores con mayor
59
conclusión para identificar el tratamiento requerido posteriormente. La ruta se
muestra en el siguiente diagrama de flujo.
Ilustración 15. Diagrama de flujo elaboración de la caracterización del agua lluvia.
Fuente: elaboración propia
Aunque se encuentra una alta desigualdad en algunos parámetros, como lo
recomienda Metcalf & Eddy, es necesario realizar un análisis estadístico de los
datos51, donde la mejor opción es implementar un arreglo ponderado sobre el
número total de datos obtenidos en la caracterización de cada sitio en específico.
La elección del método empleado ideal depende de la distribución de los datos
recolectados, la variabilidad en los datos hace que el promedio aritmético se vea
afectado por los valores extremos. Para este caso, se debe emplear el promedio
geométrico que se ve menos afectado por la variabilidad en los datos. Las
ecuaciones para realizar un ponderado son52:
51 METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Terceros edición, Vol 1. McGraw Hill. p. 124-130 52 ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de Diseño. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Tercera edición. 2004. P 102-103
60
Ecuación 9. Promedios a) Aritmético, b) Geométrico
Fuente: ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y
principios de Diseño. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Tercera
edición. 2004.
La metodología de aplicación del promedio aritmético y geométrico en los datos
obtenidos mediante experimentación (Tenjo) y revisión bibliográfica (UPZ San
José, PUJB y U. Nacional), se pude ver en la Tabla 7, donde se especifica a que
parámetros se le aplicó el respectivo promedio en base a lo recomendado por
Romero. Parámetros tales como conductividad, sólidos (SS, ST, SST), DQO y
turbidez presentan una variabilidad superior en factores mayores de 10, por
ende, se aplicó un promedio geométrico. Por otro lado, los resultados de algunos
metales como (Mn, Hg, Ni, Pb, Cu y otros) y aceites e hidrocarburos sus valores
son similares, lo que facilita el uso de un promedio aritmético. Los resultados del
procedimiento de ponderación se muestran en la Tabla 8.
61
Tabla 7. Aplicativo de promedio aritmético y geométrico a parámetros fisicoquímicos.
Fuente: elaboración propia
62
Tabla 8. Caracterización ponderada del agua lluvia de escorrentía.
Fuente: elaboración propia
Dentro de los parámetros que presentan una desigualdad considerable entre los
distintos casos de estudio de caracterización del agua lluvia de escorrentía, se
encuentran la conductividad y la turbidez, estos parámetros dependen
directamente de la temperatura a al cual se hace la medición, y en específico la
conductividad, que requiere que su medición sea lo más cercano a su hora de
captación y en el lugar del muestreo (in situ)53. Por otro lado, parámetros físicos
y químicos como el pH, los sólidos sedimentables, algunos metales y el color
verdaderos, presentan un patrón sin muchas alteraciones en sus valores
comparando los resultados.
La recolección de resultados de diagnósticos en puntos de muestreos diferentes,
pero que presentan características geo-demográficas similares a la zona de
estudio del proyecto, como se mencionó en cada referencia, permiten que, por
medio de estas, se pueda complementar y aumentar la robustez de los datos en
la caracterización fisicoquímica del agua lluvia de escorrentía, con el fin, de
obtener un diagnóstico más detallado y representativo.
53 DINAMA, LAB. Manual de procedimiento analítico para aguas y efluentes. Dirección Nacional de Medio Ambiente. Edición 1996. p 7. Disponible en: http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/ educamb/docs/pdfs/manual_dinama.pdf
63
3. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE APROVECHAMIENTO DEL AGUA
LLUVIA
Una vez ya determinada la caracterización del agua lluvia del casco urbano
municipio en el municipio de Tenjo, por medio del análisis experimental de sus
parámetros fisicoquímicos, y complementando la información mediante
referencias bibliográficas (revistas institucionales y proyectos investigativos), es
necesario, identificar y seleccionar la alternativas de aprovechamiento más
adecuada para su posterior aprovechamiento.
Como se ha venido mencionando en el desarrollo del diagnóstico del caso de
estudio en la delimitación especificada, se han planteado tres diferentes
alternativas en las cuales se puede destinar a uso. Las opciones de alternativas
son: Potabilización, destinada para aumentar la oferta del recurso de agua
potable hacia la comunidad, a la vez que, ayudar a contrarrestar la escasez
propia que presenta el municipio en la actualidad. La segunda opción, es emplear
este flujo para el sector agropecuario, esta alternativa favorecería a un sector
productivo que abarca cerca del 70% de las actividades económicas del
municipio, además, de aumentar la productividad del sector en épocas de
sequía. Por último, se ha planteado la alternativa de crear un sistema de recarga
o reinyección de este recurso, hacia fuentes subterráneas de extracción (pozos),
el cual traería beneficios como el incremento de su vida útil, al igual, que ayudaría
a recuperar ciertas propiedades y características esenciales del área de
captación.
Para realizar una adecuada selección entre las tres alternativas expuestas, es
necesario utilizar una herramienta analítica con principio estadístico, que permita
identificar la mejor alternativa frente a criterios claves a la hora de ejercer una
elección. Es por eso, que se ha aplicado el modelo AHP combinándolo con el
método Delphi para la recolección de información.
3.1 PRESENTACIÓN DE ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO Y SU
NORMATIVIDAD
El proceso de evaluación y comparación de la normativa establecida por entes
gubernamentales Nacionales e internacionales sobre las condiciones mínimas
de las características fisicoquímicas finales del recurso, frente al diagnóstico
establecido mediante un muestreo propio y consulta bibliográfica, se compara
para valorar cuantitativamente aspectos con respecto al aprovechamiento de las
diferentes opciones que se han planteado en el proyecto, las cuales abarcan el
tratamiento del agua lluvia proveniente del sistema de alcantarillado con el fin de
64
reutilizarla para usos destinados al consumos humano o el consumos
agropecuario, estas con el fin de combatir un posible desabastecimiento y
garantizar un flujo continuo; por último, enfocar el aprovechamiento del agua
lluvia hacia la recarga a fuentes subterráneas para así lograr aumentar su ciclo
de vida productivo.
Cada opción de aprovechamiento requiere de diferentes parámetros
fisicoquímicos, al igual, que los valores máximos permitidos por ley de estos
parámetros presentan variaciones entre cada uno. Por ende, establecer una
correcta evaluación y una posterior comparación, sustentara la elección de la
opción más adecuada para el aprovechamiento del agua lluvia.
3.1.1 Potabilización. El municipio de Tenjo obtiene su recurso hídrico
principalmente de una captación subterránea de agua por medio de tres pozos
que tienen la capacidad de producir 48 Litros/segundo y aproximadamente
extraer anualmente 1´513726 metros cúbicos de agua; pero este proceso tiene
unas pérdidas superiores del 46%54, lo que deduce que la cantidad de agua
potable obtenida se reduce a 817.412 metros cúbicos, lo que hace que la
demanda del municipio no se satisfaga en su totalidad. Debido a esta
problemática en el municipio de Tenjo, se realizaron acuerdos mediante un
contrato con la entidad prestadora del servicio hídrico, Empresas Públicas de
Cundinamarca (EPC), donde se estipulaba la compra de cerca de 805.065
metros cúbicos provenientes del acueducto de la ciudad de Bogotá D.C., los
cuales ayudaran a suplir la necesidad de agua potable55.
Con una población cercana 20.386 habitantes56, según el Departamento
Nacional de Planeación (DNP), en el 2018 y ante el inminente crecimiento de la
población en los próximos años como lo reporta el DANE, que para el 2020
Tenjo tendrá un crecimiento cercano del 0,5% de la población total57, debido a
fenómenos sociales, como la ampliación del eje urbano, las migraciones y la
llegada de industrias de gran tamaño con extenso recurso de personal humano.
El conjunto de la problemática actual de una ineficiente extracción por falta de
mantenimiento y control del proceso, y la dependencia notable de agentes
54 Sitio Web Alcaldía de Tenjo, Cundinamarca. Datos básicos acueducto. Página 3. Disponible
en Internet: http://www.tenjo-cundinamarca.gov.co/Proyectos/ConozcamasProyectos/2535_ rehabilitacion-acueducto.pdf 55NIEVES, Edna Catalina. PRECIADO, Jair. La problemática ambiental y territorial del municipio
de Tenjo (Cundinamarca): último municipio verde de la Sabana de Bogotá. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 2015. disponible en Internet: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/ tecges/article/view/10562/11529 56 DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACIÓN. Tenjo, Cundinamarca (25799). Disponible
en Internet: http://orarbo.gov.co/apc-aa-files/a65cd60a57804f3f1d35afb36cfcf958/tenjo_ficha_ 25799.pdf 57 SISTEMA DE ESTADÍSTICAS TERRITORIALES (TerriData). Comparaciones Municipios.
Página 54. Disponible en Internet: https://terridata.dnp.gov.co
65
externos para cubrir la demanda insatisfecha en el municipio de Tenjo, es
necesario optar por el aprovechamiento de este recurso que, en principio, tendría
un gran potencial para ayudar a mitigar todas las problemáticas mencionada
anteriormente.
Para llegar a obtener un recurso hídrico óptimo para el consumo humano, como
lo estipula la Resolución 2115 del 200758, presentada por el Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Sostenible (MinAmbiente), se debe tener en
cuenta la resolución anterior ya que establece todas las características
fisicoquímicas y microbiológicas que debe cumplir el agua para garantizar la
salud de sus consumidores, lo cual hace que, el posterior tratamiento del agua
lluvia captada llegue hasta la tercera y última fase para asegurar su calidad. Esto
incide en un elevado costo en el tratamiento con respecto a las demás opciones
de aprovechamiento.
Tabla 9. Parámetros Fisicoquímicos del agua para el consumo humano
Fuente: MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO SOSTENIBLE.
Resolución N° 2115. Disponible en Internet: http://www.minambiente.gov.co
58 Resolución N° 2115. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Bogotá. Colombia. 22 de junio de 2007. Disponible en Internet: http://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Legislaci%C3%B3n_del_agua/Resoluci%C3%B3n_2115.pdf
66
3.1.2 Sector Agropecuario. Para un municipio como Tenjo, donde el 96.87%
del territorio corresponde al sector rural, y que sus principales actividades
económicas son la ganadería, la agricultura y el cultivo de flores para exportación
y comercio nacional; donde estas actividades representan el 72,6% del PIB
municipal. Al tener la mayor participación en la economía del municipio, requiere
una alta cobertura de sus servicio públicos; por eso, el sistema de acueducto
municipal proporciona cerca del 67% del suministro de agua requerida para el
desarrollo óptimo de estas actividades, lo cual representa un incremento anual
en el consumo del recurso hídrico del municipio59. La Tabla 10, detallan la
distribución del área usada en los diferentes cultivos y actividades pecuarias en
el municipio.
Tabla 10. Distribución a) del suelo para diferentes cultivos, b) de zonas de producción pecuaria
a)
b) Fuente: CORPORACIONES AUTÓNOMAS REGIONALES. Distribución del suelo para diferentes
cultivos y distribución de zonas de producción pecuaria. 2004 [consultado el 18 de junio de 2020].
Disponible en https://www.car.gov.co/uploads/files/5ac7a1cc4150d.pdf
Como lo muestra la ilustración 16, por medio del Censo realizado por el
Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE) en el 2014, el
70,72% del área rural representa un uso agropecuario, lo cual justifica la alta
demanda del recurso hídrico para el desarrollo de actividades.
Ilustración 16: Censo Nacional Agropecuario
Fuente: DANE, Censo nacional agropecuario, 2014. [Consultado el 22de junio
de 2020]. Disponible en https://www.dane.gov.co/files/images/foros/foro-de-
59 TOVAR, Daniel Eduardo, LAGUADO, María. La inspección de riesgos agropecuarios en el municipio de Tenjo, Cundinamarca como herramienta clave de la gestión administrativa. Universidad La Salle. Bogotá. 2018. Páginas 19-22.
67
Dado el alto porcentaje existente de dependencia entre los comercios
agropecuarios y la empresa EmserTenjo, por medio del acueducto municipal, es
de gran importancia optar por una opción sustentable que ayude potencializar el
suministro del recurso para garantizarlo en la producción de estas actividades.
Para evaluar la opción de aprovechamiento del agua lluvia hacia el sector
agropecuario, se tomó la normatividad Nacional establecida por el Ministerio de
Agricultura y Desarrollo Rural (MADR) en el decreto 1594 de 198460 en sus
artículos 40 y 41, complementada por el libro Water Reuse for Irrigation
Agriculture, Landscapes, and Turf Grass61. En base a esto, se podrá evaluar y
comparar estos parámetros fisicoquímicos legales frente al diagnóstico obtenido.
Tabla 11. Parámetros fisicoquímicos del agua para sector Agrícola y Pecuario.
Fuente: MINISTERIO DE AGRICULTURA Y DESARROLLO RURAL. Decreto N°1594 (Articulo 40 y
41). [Consultado el 22de junio de 2020] Disponible en Internet: http://www.ideam.gov.co/documents
60 Decreto N°1594 (Articulo 40 y 41). MINISTERIO DE AGRICULTURA Y DESARROLLO
RURAL. Bogotá, Colombia. 1984. Disponible en Internet: http://www.ideam.gov.co/documents /24024/36843/Dec_1594_1984.pdf/aacbcd5d-fed8-4273-9db7-221d291b657f 61 LAZAROVA, Valentina, BAHRI, Akica. Water Reuse for Irrigation Agriculture, Landscapes, and Turf Grass. CRC Press. 2004
68
3.1.3 Recarga a fuentes subterráneas. Los propósitos de la recarga de agua
subterránea usando agua recuperada pueden ser proporcionar un tratamiento
adicional para la reutilización futura, aumentar los acuíferos potables,
proporcionar almacenamiento de agua recuperada para su posterior
recuperación y reutilización, o para controlar y prevenir el hundimiento del suelo.
La infiltración y la filtración del agua recuperada aprovechan los mecanismos de
eliminación natural dentro de los suelos, incluida la biodegradación y la filtración,
proporcionando así un tratamiento in situ adicional del agua recuperada y una
fiabilidad de tratamiento adicional para el sistema general de gestión de aguas.
Este tratamiento contribuye a la necesidad de eliminar costosos procesos
avanzados de tratamiento de aguas. La capacidad de implementar dichos
sistemas de tratamiento dependerá del método de recarga, las condiciones
hidrogeológicas, los requisitos de los usuarios de baja graduación y otros
factores62.
Para establecer una evaluación acerca de la recarga del agua lluvia reutilizada
hacia fuentes subterráneas, es necesario determinar los parámetros
fisicoquímicos que favorezcan y maximice su aprovechamiento, por ende,
basándose en Guía para la reutilización del agua57, presentada por el U.S.
Environmental Protection Agency (EPA) se puede determinar las implicaciones
que se deben tener en cuenta al optar por esta opción de aprovechamiento.
Tabla 12. Parámetros fisicoquímicos del agua para reinyección en fuentes subterráneas.
Fuente: U.S. Environmental Protection Agency (EPA). 2004. Guidelines for Water Reuse.
Washington, DC. 2004. p 33
62 EPA, U.S. Environmental Protection Agency. Guidelines for Water Reuse. Washington, DC. 2004. p 31-37
69
La recarga de agua subterránea elimina la necesidad de instalaciones de
almacenamiento en la superficie y los problemas asociados con los depósitos de
superficie descubiertos (lagunas), pero poseen ciertas limitaciones como que
requieran de extensas áreas de tierra, los costos de tratamiento, monitoreo de la
calidad del agua y operaciones de las instalaciones de inyección/infiltración
pueden ser elevados, o que la recarga puede aumentar el peligro de
contaminación del acuífero debido a un pretratamiento inadecuado o
inconsistente.
3.1.3.1 Casos de estudio. Como caso de estudio tenemos el estudio de
“Recarga de Acuíferos mediante pozos de inyección en México”, donde se
presenta que más de 100 acuíferos regionales son sobreexplotados mayormente
para fines agrícolas generando impactos ambientales. Un proyecto de recarga
de acuíferos fue llevado a cabo en la Comarca Lagunera de México Norte, una
de las principales zonas agrícolas del país, con existencia de 3.500 perforaciones
que extraen agua subterránea del acuífero, lo que resulta en una disminución
significativa de la superficie piezométrica y un deterioro de la calidad del agua
subterránea.
El proyecto utilizó una cuenca de recarga, adaptada próxima al lecho del Río
Nazas, ciudad de Torreón, que cubre un área de 13ha con una capacidad
aproximada de 197.000 m3. Se implementaron redes de abastecimiento de agua
para transportar el agua superficial de la represa Zarco, por medio del canal de
riego Sacramento, a la cuenca de recarga. Dos pozos de monitoreo fueron
perforados para observar las respuestas del nivel freático local durante la recarga
y doce pozos preexistentes fueron acondicionados con fines de monitoreo
adicional del nivel freático. Durante las pruebas realizadas entre mayo y agosto
de 2000, un volumen total de 5,2 Mm3 fue transportado desde el canal de
Sacramento hasta la cuenca de recarga. De este volumen, 0,2 Mm3 fue
evaporado y 5,0 Mm3 fueron infiltrados al subsuelo.
Las recomendaciones del proyecto incluyeron construir nuevas estructuras para
controlar la liberación de agua a las cuencas, liberar hasta 0,5 Mm3/semana con
el objetivo de evitar los desbordes de la cuenca, construir cuencas de
sedimentación paralelas con el fin de reducir los problemas de obstrucción, y
construir pozos de adsorción de 20 m de profundidad y más de 0,3 m de diámetro
para evitar los horizontes de baja conductividad63.
63 CHAVEZ-GUILLEN, R. 2003. Gestión para la Recarga de Acuíferos y Almacenamiento Subsuperficial. Capítulo 6. Disponible en: https://sswm.info/sites/default/files/reference_ attachments/GALE%202005.%20Estrategias%20para%20la%20Gesti%C3%B3n%20de%20Recarga%20de.pdf
70
Otro caso de estudio, sobre la recarga de fuentes subterráneas, esta vez usando
las escorrentía urbano, es “Recarga Inter-Dunar en Atlantis, Sudáfrica”, ciudad
situada en la costa oeste de Sudáfrica. Esta presenta precipitaciones media
anuales de 450 mm; sin embargo, cerca del 65% de los eventos de precipitación
ocurren durante los meses de invierno (mayo a septiembre). El acuífero es
heterogéneo, anisotrópico y freático a semiconfinado y el rango de
transmisividad varía de 50 a 1.300 m2/d. Actualmente, la extracción de agua del
acuífero de Atlantis está restringida a dos áreas de pozos, dos grandes cuencas
de recarga, que cubren un área aproximada de 500.000 m2 y se sitúan unos
500m por encima del gradiente de recarga del acuífero.
Las tres fuentes de agua disponibles para recarga son: Escorrentía urbana, agua
subterránea y agua residual tratada. El agua escorrentía es recolectada
mediante cuencas de retención. El agua subterránea se extrae del acuífero
arenoso, luego es tratada en una planta de intercambio de iones y ablandamiento
del agua, y finalmente distribuida, utilizada, colectada, y tratada junto con la
escorrentía urbana, para nuevamente ser recargada al interior del acuífero. Para
que el agua residual pueda ser utilizada como fuente de agua de recarga, se ha
implementado un sistema de alcantarillado separado, esto permite la separación
del agua residual proveniente de las áreas residenciales (que es tratada en una
planta de lodo activado y mezclada con agua de escorrentía), del agua
proveniente de las áreas industriales.
La recarga mejorada de agua subterránea aseguró la sostenibilidad del
suministro de agua de Atlantis durante dos décadas y continuará jugando un rol
esencial. El plan es altamente costo-efectivo y puede sostener el continuo
crecimiento urbano de Atlantis hasta bien entrado el siglo XXI64.
3.2 MÉTODO DELPHI Y APLICACIÓN
El método Delphi es una forma de obtener una opinión colectiva de los individuos
sobre temas específicos, relaciona particularmente a problemas que son
complejos y requieren interpretación intuitiva. Este consiste en realizar un
cuestionario iterativo con retroalimentación controlada a un grupo de expertos
(cualquier persona con conocimiento y experiencia relevantes de un tema en
particular), aplicado de manera individual. Su proceso requiere al menos una
encuesta de tres iteraciones; el propósito de la iteración inicial es identificar
cuestiones generales relacionadas con los diversos componentes del tema en
estudio.
64 TREDOUX, G., MURRAY, E., CAVE, L. Sistemas de infiltración y otros sistemas de recarga en el sur de África. Gestión de la recarga del acuífero y almacenamiento subsuperficial. 2003
71
La primera fase es realizar un cuestionario de preguntas abiertas sobre el tema
de estudio a un panel de expertos y líderes de opinión; estas respuestas se
analizan cualitativamente clasificando, categorizando y buscando temas
comunes. Ese análisis posterior, permite el segundo cuestionario donde se
evalúan preguntas más específicas, ya que se orientan a la calificación o
clasificación de varios ítems que se analizan cuantitativamente. A medida que el
investigador retroalimenta los resultados de las rondas anteriores, tiende a
converger hacia un consenso de opinión65.
La aplicación del método Delphi en el proyecto, se les realizó por medio de un
cuestionario en dos rondas a miembros ejecutivos de la empresa en cuestión
(dado el conocimiento de la situación actual del municipio), con la finalidad de
determinar relevancias e importancia relativa sobre las alternativas y los criterios
considerados.
Ronda 1: aplicación de cuestionario para la definición de la importancia relativa
entre los criterios considerados.
Ronda 2: aplicación de cuestionario para la definición de la importancia relativa
de las alternativas seleccionadas frente a los criterios.
3.3 MODELO DE PROCESO ANALÍTICO JERÁRQUICO (AHP)
El modelo de Proceso Analítico Jerárquico (AHP, por sus siglas en ingles que
corresponden a Analytic Hierarchy Process), es un método basado en
relevancias en el cual se definen criterios de decisión frente a las diferentes
alternativas y sus respectivos pesos por medio de matrices66; el modelo AHP es
un método que selecciona alternativas en función de una serie de criterios o
variables, normalmente jerarquizados, los cuales suelen entrar en conflicto67.
Este procedimiento se repite teniendo en cuenta todos los criterios; la suma
ponderada de estos valores indica las alternativas dominantes y por lo tanto la
clasificación de los mismos.
El modelo AHP ha sido aplicado en diversos escenarios en la toma de decisiones
como, por ejemplo: la selección de una alternativa a partir de un conjunto de
alternativas, la priorización de un conjunto de alternativas, y la gestión de la
calidad. Además, de ser aplicado en áreas como la salud, planificación de
proyecto, comercialización, entre otros más.
65 THANGARATINAM, S and C. W. Redman, The Delphi technique. Obstet. Gynaecol. Vol. 7, no. 2, pp. 120– 125, 2005. 66 R. Navneet, Bhushan; Kanwal, “The Analytic Hierarchy Process”. In Strategic Decision Making, London: Springer-Verlag London, 2004, pp. 1–11. 67 SAATY, T.L... The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation, McGraw-Hill. 1980
72
3.3.1 Selección y descripción de criterio en alternativas consideradas. Para
que el método AHP sea eficaz, es fundamental elegir bien los criterios, los cuales
deben estar muy bien definidos, ser relevantes y mutuamente excluyentes
(independencia entre ellos). Es importante que el número de criterios en cada
nivel no sea superior a siete (7), para evitar excesivas comparaciones a pares68.
La selección de los criterios se ejecutó en base a la bibliografía consultada de
Perpiñan69 y Galarza70, teniendo en cuenta el impacto que tiene sobre las
diferentes alternativas y evaluando la incidencia a lo hora de realizar una elección
de implementación de un proyecto. Los criterios seleccionados son: a)
económico, b) técnico, c) ambiental, d) social, e) normativo y d) mantenimiento.
La descripción de cada criterio se muestra en la siguiente tabla, explicando los
factores más relevantes de cada criterio, y los cuales son tenidos en cuenta a lo
hora de asignar un valor cuantitativo en el cuestionario.
Tabla 13. Descripción de los criterios considerados para el modelo AHP.
Criterio Indicadores
Económico Costo de inversión en infraestructura, equipos, mano de obra, puesta en marcha, interventoría e instalación.
Análisis financiero del proyecto.
Costos operativos.
Técnico Periodo de entrada en operación del proyecto.
Etapas de tratamiento requeridas.
Nivel de compatibilidad con el plan maestro (políticas de desarrollo).
Ambiental Maximizar el impacto sobre ecosistemas, cuencas.
Maximizar el aprovechamiento de fuentes alternas de suministro actual.
Social Beneficio directo hacia la comunidad.
Potencializar actividades relacionadas a las alternativas.
Normativo Requerimiento de parámetros para el cumplimiento de normas, decreto o leyes.
Mantenimiento Frecuencia de ejecución plan de mantenimiento.
Técnica de mantenimiento predictivo.
Costos de mantenimiento. Fuente: elaboración propia
68 PISQUERAS, V. Proceso analítico jerárquico (Analytic Hierarchy Process, AHP). Universitat Politécnica de Valencia. 2018. Disponible en: https://victoryepes.blogs.upv.es/2018/11/27/proce so-an alitico-jerarquico-ahp/ 69 PERPIÑAN, Adrián. Metodología para la evaluación y selección de alternativas de aprovechamiento, ahorro y uso eficiente del agua en el sector institucional. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Medellín, Colombia. 2013. p 72 70 Galarza, Sandra. Desarrollo de una herramienta de análisis multicriterio para el soporte de toma de decisiones en el aprovechamiento de aguas lluvias en el campus de la Pontificia Universidad Javeriana, sede Bogotá. Pontificia Universidad Javeriana. Colombia. 2011
73
Las alternativas, como se expusieron al inicio del capítulo del tercer capítulo y a
lo largo del contenido del documento, argumentando sus ventajas y alcance
mediante la implementación son las siguientes.
a) Potabilización
b) Sector agropecuario
c) Recarga a fuentes subterráneas
3.3.2 Metodología de aplicación del modelo AHP. El desarrollo del modelo
inicia con la descomposición jerárquica en objetivos o metas, criterios, y
alternativas consideradas para el aprovechamiento del agua lluvia. Esta relación
se plantea por niveles y de esta manera se busca que todos los elementos
queden interconectados, al menos de manera indirecta. En esta estructura
jerárquica, el objetivo final se encuentra en el nivel más elevado (nivel 1), y los
criterios y alternativas en los niveles inferiores (nivel 2 y 3). La estructura aplicada
se muestra a continuación evidenciando la confección de cada aspecto.
Ilustración 17. Estructura AHP para el análisis de selección de alternativa de aprovechamiento de agua
lluvia.
Fuente: elaboración propia
Los resultados obtenidos de los cuestionarios derivados del método Delphi, una
vez definida la estructura jerárquica, se comparan los criterios de cada grupo del
mismo nivel jerárquico y la comparación directa por pares de las alternativas
respecto a los criterios del nivel inferior. Para ello se utilizan la escala de
preferencia de pares descrita por Saaty71, por la cual lograr dar un valor numérico
a una apreciación cualitativa, como se muestra en la Tabla 14.
La comparación de las diferentes alternativas respecto al criterio del nivel inferior
de la estructura jerárquica, como la comparación de los diferentes criterios de un
mismo nivel jerárquico dan lugar a una matriz cuadrada denominada “matriz de
comparación”, donde sus elementos diagonales son igual a uno. Esta matriz
cumple con las propiedades de reciprocidad (donde si aij=x, entonces aji=1/x),
homogeneidad y consistencia (la matriz no debe contener contradicciones en la
valoración realizada). La normalización correspondiente de la matriz de
comparación, dan la importancia relativa (pesos alternativos) de los diversos
criterios y alternativas que se comparan.
Lo primero es establecer etiquetas para cada uno de los criterios y alternativas
a comparar, con el fin de facilitar los cálculos y referenciar su representante,
como se muestra a continuación.
Ilustración 18. Etiquetas para criterio y alternativas.
Fuente: elaboración propia
75
Posterior a su etiquetado, se elabora la matriz de comparación con los resultados de los cuestionarios y su subsiguiente cuantificación con la escala de preferencia, entre los criterios Tabla 15.
Tabla 15. Determinación de pesos alternativos para los criterios (Modelo AHP)
Fuente: elaboración propia
Gráfico 1. Distribución de los pesos alternativos para los criterios.
Fuente: elaboración propia
Determinar la consistencia de la matriz de orden n, ayuda a evidenciar si los
resultados suministrados a la matriz deben ser reevaluados, para ello el índice
de consistencia CI, aunque, el modelo AHP puede tolerar la inconsistencia a
través de la cantidad de redundancia, si valor debe ser cercano a cero para
obtener la máxima consistencia posible. El índice de consistencia, se calcula en
base en la siguiente ecuación:
Ecuación 10. Índice de consistencia (CI)
Fuente: Saaty, T.L. The Analytic Hierarchy Process: Planning,
Por último, se determina la Relación de consistencia, CR, la cual relaciona el
índice de consistencia CI, con el Índice aleatorio RI. Saaty sugiere que el valor
de CR debe ser menor que 0,1 (10 %) para validar que se cumple con la
consistencia del método AHP. Los resultados de estos indicadores se evidencian
en la Tabla 17.
Tabla 17. Determinación de la consistencia de los criterios (Modelo AHP)
Fuente: elaboración propia
El mismo procedimiento anteriormente descrito, se les realizó a las tres (3)
alternativas propuestas de aprovechamiento de agua lluvia, evaluando la
comparación de cada criterio en las alternativas. De allí, se determinaron sus
pesos alternativos correspondientes a cada criterio evaluado y posteriormente,
su distribución cuantitativa de los pesos calculados. Dicha distribución, se
evidencia en la siguiente gráfica, donde se exponen sus pesos, derivados del
cuestionario y asegurando la consistencia de los datos suministrados a las
matrices, con un valor de la relación de consistencia, CR, menor al 0,1 (10%)
para validar la congruencia del método AHP expuesta por Saaty.
77
Gráfico 2. Distribución de los pesos alternativos para las alternativas en relación a los criterios.
Fuente: elaboración propia
Como conclusiones de este primera parte de la aplicación del modelo AHP, se
puede evidenciar que bajo el criterio evaluado, por medio método Delphi, la
comparación entre los seis criterio considerados para la selección de la mejor
alternativa de aprovechamiento de agua lluvia en el casco urbano del municipio
de Tenjo, el criterio que posee una mayor relevancia y ponderación frente a los
demás, es el criterio económico con un peso alternativo de 0,3624, seguido del
criterio ambiental (0,2110) y el criterio social (0,2097), como se evidencia en el
la Figura 1.
Esto se debe principalmente al análisis financiero que elabora la empresa para
soportar la inversión de capital, evaluando subcriterio que tienen que ver con el
crecimiento del ingreso que implica la puesta en marcha de los
aprovechamientos productivos y están directamente relacionados a la
generación de valor agregado y a su forma de distribución y gasto, pues el
incremento en el ingreso regional será tanto mayor cuanto más grande sea la
parte del gasto que se realice dentro de la región72. Por otra parte, el criterio
ambiental enfoca sus indicadores a subcriterios donde se enfatiza la búsqueda
de maximizar el aprovechamiento de fuentes alternas de suministro que se
encuentra actualmente, y el impacto que ejerce la alternativa sobre el sector
72 OEA. Criterios de la evaluación de las alternativas. Capitulo XII. Organización de los Estados Americanos. Disponible en: http://www.oas.org/usde/publications/unit/oea22s/ch19.htm#13.1.3 %20impacto%20econ%C3%B3mico
78
ambiental donde se llegara a implementar. Por último, el criterio social previsto
de productores rurales como porcentaje de los actualmente existentes a nivel
regional, al igual que, distinguir las posibles mejoras de las condiciones actuales
en relación con la distribución y tenencia del recurso hídrico.
Por medio de la Figura 2, se evidencia el comportamiento de los pesos
alternativos de cada alternativa, comparadas frente a cada criterio considerado
y así, demostrar la incidencia e importancia de cada criterio sobre las
alternativas. Para la alternativa de potabilización, el criterio con mayor peso, en
relación a las demás, es el normativo; dado que esta alternativa se reglamenta
por las normas y/o decretos más estrictos en términos de calidad, necesarios
para obtener un recurso óptimo para el consumo humano, y no atentar contra la
salud pública. Para ello, requiere de varias etapas de tratamiento, lo cual afecta
el criterio económico incrementando los costos evaluados drásticamente, a su
vez, el criterio de mantenimiento y técnico, dado que existe una relación de estos
criterios, en basa al número de etapas de tratamiento requeridas. El criterio social
talvez es el que más favorezca esta alternativa, sustentado en la situación actual
y futura sobre la posible escasez de este recurso de alta importancia para las
actividades diarias y el desarrollo de la comunidad.
Para la alternativa de aprovechamiento de agua lluvia, con aplicación hacia el
sector agropecuario muestra una mayor relevancia en el criterio técnico dado
que la dirección de implementación no va en contravía a la del plan maestro de
desarrollo municipal, el cual busca potencializar el sector agro que tiene un alto
porcentaje en las actividades regionales. También se debe, al que el tratamiento
requerido no contempla de muchas etapas para obtener un recurso adecuado
para el sector, haciendo que sus costos asociados (financieros y de
mantenimiento) sean menores con respecto a la potabilización. El criterio
ambiental, se ve favorecido en esta alternativa, puesto que, su implementación
aportará un impacto notable en regiones rurales que se dediquen a actividades
agropecuarias, cuando se presenten épocas de sequía y desabastecimiento del
recurso. El criterio de menos peso alternativo en relación a las otras dos
alternativas, es el normativo, establecido por las normas con parámetros menos
rigurosos para el recurso final.
Por último, la recarga a fuentes subterráneas de extracción presenta los menores
pesos en casi todos los criterio evaluado en el modelo AHP, con excepción del
criterio ambiental debido al impacto positivo sobre el ecosistema de los acuíferos;
sin embargo, es posible que se necesiten extensas áreas de tierra para la
operación y mantenimiento del sistema de suministro de agua, elevando sus
costos de inversión, monitoreo y operacional73. Además, requiere de estudios
73 EPA, U.S. Environmental Protection Agency. Guidelines for Water Reuse. Washington, DC. 2004. p 37. Disponible en: https://www.epa.gov/sites/production/files/2019-08/documents/20 04
79
específicos sobre características geológicas e hidrológicas para determinar la
capacidad de almacenamiento total utilizable y la velocidad de movimiento del
agua desde los terrenos de expansión hasta el área de extracción de agua
subterránea, lo cual dificulta su implementación técnica.
3.3.3 Selección de la mejor alternativa de aprovechamiento. El último pasó
del modelo AHP, partiendo de los pesos alternativos previamente determinados
tanto para los seis (6) criterios, como para las tres (3) alternativas propuestas, es
ponderar los valores de los pesos de cada alternativa, con respecto a cada
criterio comparado. Los resultados de la Tabla 18, permitirán obtener la mejor
alternativa de aprovechamiento de agua lluvia para este caso de estudio.
Tabla 18. Determinación de valores ponderados para las alternativas (Modelo AHP)
Fuente: elaboración propia
Gráfico 3. Distribución de los valores ponderados para las alternativas.
Fuente: elaboración propia
Según el análisis realizado mediante la aplicación del método AHP, por medio
de la Figura 3, se muestra la mejor alternativa para el aprovechamiento de agua
lluvia en municipio de Tenjo, Cundinamarca, es la alternativa de aplicación hacia
el sector agropecuario, considerando los criterios económicos, técnicos,
sociales, ambientales, normativos y de mantenimiento.
Los resultados obtenidos en este capítulo, serán una pieza clave para el
desarrollo de los siguientes capítulos, los cuales abarcan el diseño del
80
tratamiento del recurso crudo (captado), guiado por la normatividad Nacional
vigente para la alternativa seleccionada, y, por último, realizar el análisis
financiero de la propuesta que sustente la viabilidad económica del proyecto.
Cabe aclarar que, en los criterios económicos y técnicos, no se tuvieron en
cuenta aspectos relacionados a la distribución y almacenamiento del recurso,
dado que este apartado esta fuera de la delimitación planteada.
81
4. DESARROLLO DEL DISEÑO CONCEPTUAL DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUA LLUVIA
Para ejecutar un plan de diseño para una planta de tratamiento, se requiere
determinar ciertos aspectos importantes, donde se deben identificar el flujo de
trabajo al cual va a operar la planta, los objetivos que buscan alcanzar y los
procesos físicos y/o químicos que se requieren para lograrlos.
4.1 COMPARACIÓN DE PARÁMETROS FRENTE A NORMATIVIDAD
Con un consolidado ponderado de algunas características físicas y químicas del
agua lluvia por escorrentía, el paso siguiente para elegir un tratamiento, es
evidenciar cuales parámetros cumplen o están fuera de especificación con
respecto a la normatividad preestablecida por entes Gubernamentales, e
internacionales. Esto permite crear filtros sobre las posibles etapas de
tratamiento que se puedan llegar a requerir, para alcanzar los límites permisibles
por ley en cada parámetro evaluado. La comparación de cada parámetro
obtenido en el diagnóstico y su criterio se evidencia en la siguiente tabla.
Tabla 19. Comparación del diagnóstico de agua lluvia contra la normatividad para el sector
agropecuario.
Fuente: elaboración propia
82
Como se denota, por medio de la normatividad existente tanto Nacional como
internacional, no es posible determinar un criterio para todos los aspectos
evaluados en este proyecto. Por ende, hay parámetros que independientemente
de que no sean reglamentados, mediante que tratamientos en paralelo pueden
mejorar su concentración, al igual, que optimizar este recurso para generar un
mayor impacto, esto sin, implementar procesos adicionales que impliquen
aumento de costos.
Por otra parte, los parámetros que acobijan la reglamentación expuesta, dan una
línea de ruta hacia la selección de un proceso apropiado para adecuar estos
parámetros y así, alcanzar los límites permisibles de la norma para un óptimo
aprovechamiento de este recurso. También permite analizar, entre las opciones
de tratamientos físicos y químicos, que proceso logran abarcar varios
parámetros, con la finalidad de reducir el número de etapas de tratamiento, lo
cual influye notablemente el aspecto económico del proyecto.
4.2 CÁLCULO CAUDAL DE DISEÑO
Para la estimación del caudal de diseño, se basó en la metodología expuesta por
el Reglamento Técnico de agua potable y saneamiento básico (RAS)74, se puede
utilizar el método racional, el cual calcula el caudal medio del agua lluvia en base
a la intensidad media del evento de precipitación municipal o regional, con una
duración igual al tiempo de concentración, teniendo en cuenta el área de drenaje
y un coeficiente de escorrentía superficial. La ecuación del método racional es la
siguiente.
Ecuación 11. Caudal pluvial de diseño
Fuente: REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA
POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO. Sistemas de recolección y
evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales. Ministerio de
Desarrollo Económico. Colombia. 2000. [consultado el 24 de junio de
, donde C es el coeficiente de escorrentía superficial, i es la intensidad de la lluvia
de diseño (mm/h) y A área de la cuenca (ha).
74 RAS, Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento Básico. Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales. Ministerio de Desarrollo Económico. Colombia. 2000. Disponible en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_d_.pdf
83
De acuerdo con el método racional, el caudal medio usado para el diseño, ocurre
cuando toda el área de drenaje (A) está contribuyendo, y este valor representa
una fracción de la precipitación media del área de estudio. El método se aplica
bajo las siguientes suposiciones mencionas en el RAS y que se deben tener en
cuenta para el diseño conceptual propuesto:
2.1 El caudal medio en cualquier punto es una función directa de la intensidad
(i) de la lluvia, durante el tiempo de concentración para ese punto.
2.2 La frecuencia del caudal medio es la misma que la frecuencia media de la
precipitación.
2.3 El tiempo de concentración está implícito en la determinación de la
intensidad media de la lluvia.
2.4 El método racional es adecuado para áreas de drenaje pequeñas hasta de
700 ha.
4.2.1 Curvas de intensidad-duración-frecuencia (curvas IDF). Las curvas de
intensidad-duración-frecuencia (IDF) permiten constituir la base climatológica
para la estimación de los caudales de diseño. Estas curvas sintetizan las
características de los eventos extremos máximos de precipitación de la zona de
estudio, y definen la intensidad media de lluvia para diferentes duraciones de
eventos de precipitación con periodos de retorno específicos75 (Tr). El desarrollo
para las curvas, se plantea utilizar un análisis de frecuencia de la lluvia,
considerando para ello una función de distribución de probabilidad de valor
extremo como la función Gumbel76.
La ejecución de las curvas IDF para una localidad específica, por lo general, son
realizadas por entes encargados en la recolección y manejo de datos
hidrológicos de aquellas zonas mediante estaciones pluviográficas; para el caso
de Colombia, esta tarea se delega a instituciones públicas como el IDEAM y las
Corporaciones Autónomas Regionales, CAR. En el caso de la no existencia de
la curva IDF para el área de estudio específico, es necesario obtenerlas a partir
de información existente de precipitaciones de estaciones localizadas en la zona
lo más cercanas a la población.
Dado que no es posible recolectar información completa y concisa sobre la zona
de estudio (Tenjo), y siguiendo las sugerencias propuestas por el RAS; se tomó
como referencia al municipio de Mosquera, por la existencia de una curva IDF y
su límite territorial cercano. La curva se realizó en un periodo de recolección de
75 RAS, Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento Básico. Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales. Ministerio de Desarrollo Económico. Colombia. 2000. p 44-45 76 CHOW, V.; MAIDMENT, D.; MAYS, L. Manual de Hidrología Aplicada. Santafé de Bogotá, Colombia: Mc Graw-Hill. 1994. p 584
84
datos de 31 años, en la estación pluviométrica “Tibaitata”, con fecha de ejecución
el 15 de marzo del 2017, la cual, se muestra en la siguiente Figura.
Como lo menciona el RAS, para seleccionar una intensidad media que sea
justificada para el cálculo del caudal de diseño, es preciso, determinar un periodo
de retorno representativo, en base al área de la cuenca en hectáreas. Para áreas
tributarias entre 10 – 1000 ha, es recomendado, identificar la intensidad de la
lluvia mediante la curva IDF, para un periodo de retorno (Tr) igual a 10 años.
Para este caso de estudio, con un Tr igual a 10 años y con un tiempo de duración,
D de 100 minutos (tiempo de media precipitación), la intensidad para el cálculo
del caudal de diseño es i = 20,0 mm/h
4.2.2 Coeficiente de escorrentía superficial. El coeficiente de escorrentía, C,
es función del tipo de suelo, del grado de permeabilidad de las superficies en la
zona de estudio, de la pendiente del terreno y otros factores que determinan la
fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía. En su determinación
deben considerarse las pérdidas por infiltración en el suelo y otros efectos
retardadores de la escorrentía que afecten al caudal de ingreso77. Para áreas de
drenaje que incluyan subáreas con coeficientes de escorrentía diferentes, el
valor del coeficiente global representativo del área debe calcularse como el
77 RAS, Reglamento Técnico del sector de agua potable y saneamiento Básico. Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales. Ministerio de Desarrollo Económico. Colombia. 2000. p 46-47
85
promedio ponderado con las respectivas áreas. Se utiliza la siguiente fórmula
para calcularlo.
Ecuación 12. Cálculo del coeficiente de escorrentía ponderado.
Fuente: REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y
SANEAMIENTO BÁSICO. Sistemas de recolección y evacuación de aguas
residuales domésticas y pluviales. Ministerio de Desarrollo Económico.
Colombia. 2000. [consultado el 24 de junio de 2020] Disponible en:
http://www.minvivienda.gov.co/Documents/
ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_d_.pdf
Los valores de los coeficientes de escorrentía para los diferentes tipos de suelos
requeridos para el cálculo del coeficiente ponderado, se muestran en la siguiente
tabla.
Tabla 20. Coeficientes de escorrentía (C)
Fuente: REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO. Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales. Ministerio de Desarrollo Económico. Colombia. 2000. [consultado el 24 de junio de 2020] Disponible en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/010710_ras_ titulo_d_.pdf
Para determinar el área total de captación (A), y las subáreas dentro de la zona
de estudio, fue necesario revisar los Planes de Ordenamiento Territorial (POT)
del municipio en cuestión. Por medio del Sistema de Información Geográfica para
la Planeación y el Ordenamiento Territorial (SIG-OT) se definió el límite del casco
urbano central del municipio de Tenjo78, al igual, que el porcentaje en área de
esta zona, para poder identificar y seleccionar el coeficiente de escorrentía
respectivo para esa área en concreto, y así, calcular el coeficiente ponderado.
78 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA PLANEACIÓN Y EL ORDENAMIENTO TERRITORIAL (SIGOT). POT municipales (Tenjo). Disponible en Internet: https://sigot.igac.gov.co
86
Los resultados de los planos cartográficos consultados, se muestra en la
siguiente tabla.
Tabla 21. Áreas y subáreas del suelo urbano central en Tenjo.
Fuente: elaboración propia
En base al valor (tamaño) de las subáreas obtenidas, derivadas del centro
urbano del municipio de Tenjo y su descripción, es posible asignar un valor de C
para obtener un coeficiente global ponderado por el caudal. Asumiendo que el
77% de la zona de estudio está comprendido por un suelo residencial, según el
POT, donde en su gran mayoría se refiere a residencias familiares contiguas,
rodeadas de calles en pavimento cercanas a los sumideros del alcantarillado, se
da un valor de C1 de 0,4. Para el área comercial (10%) y de servicios, según su
tipo de suelo, se le da un valor de C2 igual a 0,6. Por último, el área de recreación
(13%), que corresponde a parques, zonas de actividades deportivas, entre otros,
tiene un valor de C3 igual a 0,2. El cálculo del coeficiente ponderado queda de
la siguiente forma:
𝐶 =∑ 𝐶 ∗ 𝐴𝑖
∑ 𝐴𝑖=
(𝐶1 ∗ 𝐴1 + 𝐶2 ∗ 𝐴2 + 𝐶3 ∗ 𝐴3)
𝐴= 0,43
Con el valor del coeficiente global ponderado, C, el valor de la intensidad de la
lluvia de diseño, i, y un área del casco urbano total, A, de 54,8 ha; se determinó
el caudal pico para el diseño, Q. El cálculo siguiendo la ecuación 11 queda así:
𝑸 = 𝟏𝟑𝟏𝟎, 𝟐 𝑳/𝒔
4.3 SELECCIÓN DE ETAPAS Y PROCESOS DE TRATAMIENTO
El análisis para realizar una elección de etapas y los posesos de tratamiento en
dichas etapas que permitan cumplir con los estándares establecidos en la
normatividad expuesta para el sector agropecuario, inicia con la evaluación
comparativa de parámetros físico y químicos (apartado 4.1), identificando que
parámetros requieren una modificación. Como lo expresa Metcalf & Eddy, la
metodología de selección depende de evaluar factores importantes de valoración
en los procesos y las operaciones unitarios implicadas, además, de tener en
87
cuenta, la fiabilidad del proceso en el cumplimiento de las normativas vigentes79.
Dentro de los factores que exponen, resaltan los siguientes:
Factor aplicabilidad, dependen directamente de la experiencia, dado que su
evaluación parte de esta, como, por ejemplo, datos de plantas a escala o datos
obtenidos en estudio de plantas pilotos.
Variabilidad de las condiciones del afluente, puesto que las unidades de
tratamiento deben tener suficiente capacidad para absorber y amortiguar estas
variaciones de manera satisfactoria “equilibrio”.
El rendimiento de una planta, es la medida de éxito del diseño, tanto si se
analiza por la calidad del efluente, como si se analiza en base a los porcentajes
de eliminación alcanzados por los contaminantes más importantes.
Las combinaciones de procesos y operaciones unitarias, dado que la
evaluación no se limita al estudio de las unidades de tratamiento, sino también,
debe incluir la interacción entre las diferentes alternativas.
Las necesidades energéticas, puesto que para proyectar sistemas de
tratamiento con una relación coste-efectividad satisfactorio es necesario
conocer las necesidades energéticas, así como el coste futuro de la energía
empleada.
Basándose en los factores mencionado (fiabilidad, variabilidad, rendimiento,
combinación y requerimiento energético), al igual, teniendo en cuenta criterios
analizados en la elaboración del método de selección de alternativas, donde el
principal y de más peso, es el criterio Económico. Básicamente, el tratamiento
constaría en la remoción de materia y carga orgánica, dado que los parámetros
identificados para ajustar (SST, DQO y Turbidez), depende directamente de este
proceso físico.
Las unidades de proceso unitarios seleccionadas bajo criterios y factores, se
facilita con la información proporcionada por Metcalf & Eddy, donde por medio
de la Tabla 22, donde evalúa diversos tratamientos frente a la remoción de
ciertos parámetros mencionados, empleados en el pretratamiento y tratamiento
primario.
79 METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Terceros edición, Vol 1. McGraw Hill. 1995 p. 191-196
88
Tabla 22. Grado de tratamiento obtenido mediante diversas operaciones y procesos unitarios
empleados en el tratamiento primario y secundario.
Fuente: METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y
reutilización. Terceros edición, Vol 1. McGraw Hill. 1995. p. 519
Evaluando las cinco opciones de unidades de tratamiento presentadas, se puede
evidenciar los procesos unitarios de Fangos activados, Filtros percoladores y
Biodiscos, son unidades que su funcionamiento se basan en un proceso
biológico, es decir, está directamente relacionado a la interacción de agente
microbianos, lo que las hace ideales para implementar sobre aguas residuales
que presente una alta carga orgánica. Sumado a estos, generalmente, estas
unidades requieren de procesos previos que favorezcan al rendimiento global de
la planta, lo que produce que se requiera un mayor número de operaciones de
tratamiento, elevando drásticamente la evaluación sobre criterios especialmente
críticos como el económico y el criterio técnico anteriormente evaluados. Por
otro lado, los procesos unitarios de tratamiento, como el desarenador y el
sedimentador primario, son unidades estándares que pueden ser aplicadas a
diversos tipos de aguas contaminadas con cargas orgánicas medias o leves, de
acuerdo a sus características y rendimiento teóricos, además, que se pueden
adecuar como unidades consecutivas para garantizar la efectividad del
tratamiento
El tratamiento global, requiere de proceso y/u operaciones adicionales que
ayuden a alcanzar la normatividad vigente, por ende, se deben complementar
las etapas de pretratamiento y tratamiento primario. Dada las características del
agua lluvia de escorrentía, que es captada y transportada por el sistema de
alcantarillado pluvial del casco urbano, el contenido de contaminantes de un
tamaño considerable es retenido por medio de sumideros de reja o calzada
(ilustración 8) ubicados en los sumideros viales, estos se consideran como el
primer pretratamiento del agua lluvia de escorrentía.
89
4.3.1 Desarenador. El agua lluvia de escorrentía luego de circular por toda la
red del sistema de alcantarillado en el casco urbano, y de homogenizarse, forma
el afluente que será tratado con las propiedades fisicoquímicas expuestas en el
diagnóstico. El caudal de diseño de referencia corresponde al cálculo en el
aparatado 4.2, tendrá como etapa de pretratamiento, el proceso de desarenado,
con la finalidad de remover arenas, grava, partículas u otro material sólido que
tenga velocidad de asentamiento, o peso específico bastante mayor80. El
desarenador rectangular de flujo horizontal consta de dos canales donde se
proyecta que la velocidad más cercana sea de 0,3 m/s, y que proporcione
suficiente tiempo como para que sedimente en el fondo del canal las partículas
de arena81.
Ilustración 19. Desarenador rectangular de flujo horizontal
Fuente: METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido
y reutilización. Terceros edición, Vol 1. McGraw Hill. 1995. p. 524
4.3.2 Sedimentación primaria. El efluente obtenido del desarenador que aún
se compone por un alto contenido de sólidos sedimentables (SS), requiere de un
proceso unitario para remover una gran porción de esos sólidos. Unos de los
procesos de tratamiento de mayor aplicabilidad para eliminar este residuo es la
sedimentación, aunque existe varias etapas (primario, intermedio, secundario y
terciario), para el tipo de objetivo normativo, no es necesario implementar las
cuatro etapas, por ende, se requiere de solo una sedimentación primaria. La
sedimentación se realiza en tanques que pueden ser rectangulares o circulares.
80 ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de Diseño. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Tercera edición. 2004. p 293-294 81 METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Terceros edición, Vol 1. McGraw Hill. 1995. p. 522
90
En los tanques rectangulares, el agua entra cerca de la superficie y se mueve a
lo larga del tanque con una velocidad muy baja mediante deflectores, hasta
descargar por el extremo opuesto del vertedero. El material sólido sedimentable
se deposita en el fondo del tanque y es arrastrado hacia una tolva de lodos por
un sistema mecánico de barrido, extraído periódicamente para su tratamiento y
disposición. Por otro lado, los sedimentadores circulares, al agua cruda ingresa
por aberturas en la parte superior del tanque, y fluye radialmente hacia el
vertedero perimetral de salida. Está dotado por una barredora de lodos que dirige
los sólidos sedimentables haca la tolva en el centro del tanque. 82
Ilustración 20. Sedimentador primario. (Circular y rectangular)
Fuente: ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de
diseño. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Tercera edición. 2004. p 636
4.3.3 Esquema general del proceso de tratamiento. Consecuente a la
selección de etapas de pretratamiento y tratamiento primario, complementado
por procesos adicionales, como la implementación de biofiltros para optimizar los
rendimientos del proceso, además, de satisfacer los requerimientos vigentes de
ley. El esquema global del tratamiento del agua lluvia de escorrentía para el
casco urbano del municipio de Tenjo se muestra en la siguiente ilustración
82 ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de Diseño. Editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería. Tercera edición. 2004. p 633-639
91
Ilustración 21. Esquemas general del tratamiento.
Fuente: elaboración propia
La selección de los procesos para el tratamiento, como se comentó en los
factores a tomar en cuenta en el apartado 4.3, donde uno de ellos era, el
rendimiento de la planta en conjunto, y de los diferentes procesos por separado,
con la finalidad de asegurar que el propósito final se cumpliera a total cabalidad.
Por ende, es necesario referenciar los rendimientos teóricos basándose en
bibliografía para cada proceso en específico, dado el tipo de investigación que
se está llevando en este proyecto.
Para el proceso de desarenado y sedimentación primaria, como se evidencia en
la Tabla 22, los porcentajes de remoción para parámetros como DBO, DQO y
SS necesario de un tratamiento según la comparación previa frente a la
normatividad, son:
Desarenador: DBO (0-5%), DQO (0-5%) y SS (0-10%).
Sedimentación primaria: DBO (30-40%), DQO (30-40%) y SS (50-65%).
Es importante mencionar que el evento de precipitaciones, posterior a cuando se
presenta el pico de intensidad de lluvia, y simultaneo al fenómeno de “primer
lavado”, el flujo de escorrentía presenta parámetros fisicoquímicos menores a
los reportados en el diagnóstico, por lo que inicia un proceso de dilución en el
caudal sobre el final de las precipitaciones; por lo cual, no se requiere de
procesos de tratamientos complementarios para adecuar el efluente final
obtenido.
4.4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE PROCESO
Como primer parámetro de diseño de los equipos utilizados en los diferentes
procesos de tratamiento, es importante definir el tipo de equipo en específico a
implementar. Esta selección no influye en los rendimientos mencionados en el
apartado anterior, sino depende mayormente a su capacidad de trabajo.
92
4.4.1 Dimensionamiento del desarenador de dos canales. Como primer
proceso de tratamiento del agua lluvia de escorrentía, parte del caudal medio de
diseño calculado anteriormente, y en base a este, se determina su
dimensionamiento para una situación hipotética máxima. Como requisito para el
diseño de un desarenador, es definir el caudal de diseño, el número de canales,
la velocidad de sedimentación de acuerdo al diámetro promedio de partícula de
los sólidos sedimentables, y en concreto para un desarenador de flujo horizontal,
definir la profundidad efectiva y su velocidad horizontal de flujo83.
Para determinar las velocidades de sedimentación de las partículas que quieren
removerse, se sustentan bajo las fórmulas de Stokes (flujo laminar), Newton
(flujo turbulento) y Allen (régimen transitorio), y su resumen se evidencia en la
siguiente tabla. El diámetro de partícula de arena de gran tamaño transportada
por la escorrentía posee un diámetro medio de 0,20 mm.
Tabla 23. Velocidades de sedimentación para diferentes tamaños de arenas a una
temperatura de 16 °C
Fuente: MORENO López. Contaminación y tratamientos de aguas. Módulo 1.
Universidad de Huelva: IV master oficial en tecnología ambiental. 2009-2010.
Para los demás criterios de diseño mencionados, se parte de los rangos
expuestos por Lozano como los valores mínimos y máximos preestablecidos
para el diseño de un desarenador. Está claro mencionar que estos valores se
toman como una guía de diseño, no son estrictamente impuestos a lo hora de
realizar un diseño de desarenadores. Los criterios se muestran en la siguiente
tabla. Tabla 24. Criterio de diseño de los desarenadores
Fuente: LOZANO-RIVAS. Diseño de Plantas de Potabilización de Agua. Material de
clase. Bogotá D.C., Colombia: [consultado el 28 de junio de 2020] Disponible en:
http://wlozano.blogspot.com.
83 LOZANO, William. Fundamentos de diseño de plantas depuradoras de aguas residuales. Bogotá, Colombia. p 59-62
93
Las ecuaciones de diseño para un desarenador, para dimensionar aspectos
como área superficial (As), volumen efectivo (Ɐ), tiempo de retención hidráulica
(TRH) y área transversal (At), ancho (B) y largo del canal (L), se muestran a
continuación.
Ecuación 13. Ecuaciones de diseño de desarenadores
Fuente: LOZANO-RIVAS. Diseño de Plantas de Potabilización de Agua.
Material de clase. Bogotá D.C., Colombia: [consultado el 28 de junio de 2020]
Disponible en: http://wlozano.blogspot.com.
Los resultados de los cálculos pertenecientes al dimensionamiento de un
desarenador de dos (2) canales para el caudal punta de diseño 1310,2 L/s,
calculado para el agua lluvia de escorrentía, se muestra en la Tabla 25.
Tabla 25. Criterios del dimensionamiento de un desarenador de dos canales
Fuente: elaboración propia
94
4.4.2 Dimensionamiento de un sedimentador primario circular. Los
decantadores circulares son de mayor uso, debido a que facilitan las labores de
mantenimiento y purga de fangos. El ingreso del agua se hace mediante una
campana deflectora ubicada en el centro de la unidad que obliga a que el agua
ingrese por la parte baja y, además, funciona como atenuadora de la energía de
flujo, eliminando turbulencias que pueden afectar la decantación de las
partículas. El agua es recogida por un canal perimetral dentado, para asegurar
una salida homogénea del efluente clarificado en cada metro lineal de la periferia
del tanque. El sistema de barrido de fangos se realiza a través de un puente
móvil que se desplaza lentamente por todo el decantador y que posee en su
fondo unas rasquetas que empujan los lodos hacia la poceta de fangos, la cual
se encuentra ubicada en el centro del tanque.
Para el dimensionamiento de tanque circular para la sedimentación primaria, se
requieren criterios de diseño iniciales como el caudal medio de diseño (Qp), su
velocidad de sedimentación (Cs) en base a las partículas, el número de
unidades, y por último el tiempo de Retención Hidráulica (TRH). Similar a la
secuencia de pasos realizadas en el diseño del desarenador, Lozano, expone
rangos de valores sugeribles acerca de los criterios claves en el
dimensionamiento de los tanques, los cuales se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 26. Criterios de diseño para sedimentadores primarios circulares
Fuente: LOZANO-RIVAS. Diseño de Plantas de Potabilización de Agua. Material de clase. Bogotá D.C., Colombia: [consultado el 28 de junio de 2020] Disponible en: http://wlozano.blogspot.com
Las ecuaciones utilizadas para el diseño de los tanques sedimentadores,
permiten obtener las dimensiones de aspectos como el volumen del tanque (Ɐ),
el área superficial del tanque (As), la altura del tanque (P), el diámetro del tanque
(D), el perímetro del tanque (P), y la carga sobre vertedero (Cv). Esta serie de
ecuaciones son las siguientes.
95
Ecuación 14. Ecuaciones para el diseño de un sedimentador primario circular
Fuente: LOZANO-RIVAS. Diseño de Plantas de Potabilización de Agua. Material de clase. Bogotá D.C., Colombia: [consultado el 28 de junio de 2020] Disponible en: http://wlozano.blogspot.com
Los resultados de los cálculos pertenecientes al dimensionamiento de dos
tanques circulares para el proceso de sedimentación primaria, con un caudal
punta de diseño 1310,2 L/s, calculado para el agua lluvia de escorrentía, se
muestra en la Tabla 27.
Tabla 27. Resultados dimensionamiento de dos tanques circulares de sedimentación primaria.
Fuente: elaboración propia
Aplicando los rendimientos teóricos referenciados de Metcalf & Eddy (1995),
para las unidades de tratamiento (desarenador y sedimentador primario), se
puede obtener los valores teóricos del efluente, específicamente de los
parámetros que estaban fuera de especificación, y no cumplían con la
normatividad establecida para el sector agropecuario. Los parámetros como
DBO, DQO y SS se pueden estimar directamente con los rendimientos
referenciados, entre un límite mínimo y un límite máximo que se pueden esperar
96
después del tratamiento, y que a su vez, cumpla con la normatividad vigente. Los
resultados se pueden evidenciar en la Tabla 28.
Tabla 28. Resumen de valores de parámetros en efluente
Fuente: elaboración propia
Para los demás parámetros como la Turbidez, algunos metales como Cd y Hg,
al igual que los Coliformes fecales, sus porcentajes de remoción son difíciles de
obtener teóricamente, por ende, no se puede establecer con precisión su valor
en el efluente final. Estos valores dependerán de una prueba en planta piloto, o
en un laboratorio para estos parámetros en específico. Sin embargo, se podría
estimar que sus valores finales, comparados con los iniciales presentados en la
caracterización del agua lluvia, y que, formarán parte del afluente que ingresa a
la planta de tratamiento, sean menores, directamente por la unidades de
tratamiento, además, del proceso de dilución que afecta positivamente al caudal
de tratamiento, este se exhibe cuando las precipitaciones presentan una larga
duración y la carga de contaminantes arrastrados es mucho menor84.
84 FAO. Captación y almacenamiento de Agua Lluvia. Opciones técnicas para la agricultura familiar de América Latina. Santiago, Chile. 2013. p 16
97
5. ANÁLISIS FINANCIERO DE LA PROPUESTA DE APROVECHAMIENTO
DE AGUA LLUVIA
Elaborar un análisis de financiero sobre el proyecto, requiere determinar costos
de inversión, gastos operativos y gastos de mantenimiento de equipos/obras
civiles implementados en la propuesta, con la finalidad de estimar los costos fijos
y variables para analizar mediante indicadores financieros (Valor Presente Neto,
VPN, relación Beneficio/Costo, y Periodo de recuperación) la viabilidad del
proyecto.
Este análisis financiero también requiere, valorar económicamente los beneficios
económicos que trae la implementación en el sector agropecuario, en términos
de superávits de los consumidores y productores, es decir, la tarifa del recurso
que se implementara para hacer viable la propuesta, y la relación precio producto
obtenido y el costos de la producción beneficiada con el proyecto85.
5.1 ANÁLISIS DE COSTOS DE INVERSIÓN, GASTOS DE OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO (O&M) DEL PROYECTO
Para el cálculo de ciertos criterios de análisis de costos de inversión y gastos
operativos y de mantenimiento anuales abarcados en el análisis financiero, se
partió del dimensionamiento de las unidades de proceso de tratamiento
(desarenador de dos canales y sedimentador primario circular) para evaluar los
las cantidades requeridas en materiales de construcción y equipos
electromecánicos, todo estos basados en el “Informe de costos de inversión y de
operación y mantenimiento de alternativas”, el cual detalla los costos de diseño
a nivel de ingeniería de la planta de tratamientos de aguas residuales
CANOAS,86y complementando costos unitarios, por medio de cotizaciones sobre
materiales y equipos específicos.
5.1.1 Determinación costos de inversión. Por medio del informe referenciado
anteriormente, primero se logró identificar los ítems a grosso modo para los
costos de inversión relacionados a obras civiles, equipos para cada unidad de
proceso y sus respectivos costos adicionales de instalación, puesta en marcha e
imprevistos [ANEXO D]. Los valores unitarios (COP) de referencia para
materiales de las obras civiles, son complementados por cotizaciones
85 FAO. Reutilización del agua en la agricultura: ¿Beneficios para todos? Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. 2013 86 CDM SMITH. Informe de costos de inversión y de operación y mantenimiento de alternativas. Versión 03. 2014.
98
independientes [Anexo E]. Los costos detallados de cada unidad y un total de
costos de inversión se muestran en la Tabla 29.
Tabla 29. Costos de inversión del tratamiento
Fuente: elaboración propia
Los costos de las obras civiles para las unidades de tratamiento, abarcan costos
trazables desde la extracción y acondicionamiento del terreno, hasta la
construcción de refuerzos y estructuras de las unidades en concreto (3000
psi/210 Kg/cm2 y 5000 psi/350 Kg/cm2) y varillas de acero. Las cantidades
requeridas de materiales para las obras civiles, se determinaron en relación al
dimensionamiento de los equipos, y en relación directa con la proporcionalidad
descrita de las mismas unidades en el informe referenciado.
Cabe apreciar que los costos de instalación de equipos representan el 25% del
costo de los equipos, automatización y control el 5% y los imprevistos y
contingencias el 2% del total de los costos de la inversión [ANEXO D]. El costo
de equipos respectiva a la unidad del desarenador de dos canales incluye:
Compuertas deslizantes de entrada a canales.
Tornillos sin fin en canales.
Bombas de arena (bomba Torque Flow), y
Tolva para arenas.
Para la unidad del sedimentador primario circular, el costo total de equipos
electromecánicos incluye:
Rastrillos circulares.
Bomba de lodos (bomba centrifuga).
Bomba de drenaje (bomba centrifuga sumergible).
99
5.1.2 Determinación costos de operación y mantenimiento (O&M). El cálculo
de los gastos de operación y mantenimiento del tratamiento, se dividen en dos
secciones: la primera se refiere a los gastos de operación, costos de
prestaciones de servicios y gastos energéticos de las unidades de tratamiento, y
la segunda abarca el costo anual dirigido hacia el mantenimiento de equipos y
obras civiles de cada unidad de proceso en el tratamiento de aguas lluvias.
Para determinar los costos de prestación de servicios, se tomó como referencia
el Código Sustantivo de Trabajo87, autorizado por el Ministerio de Protección
Social, y que rige en todo el territorio Nacional, por el cual, se define la jornada
ordinaria de 48 horas de trabajo a la semana. Partiendo del supuesto que la
operación de la planta seria las 24 horas diarias y que requeriría de tres operarios
técnicos con un salario base de 1´680.000 COP para cubrir tres turnos. El costo
anual de las prestaciones de servicio de los operarios y todos sus porcentajes
de aportación por parte del empleador, se ajustaron al año en curso (2020) y
tomados del informe de referencia. Estos costos se muestran en la siguiente
tabla. Tabla 30. Costos anuales sobre prestación de servicios.
Fuente: elaboración propia
87 MINISTERIO DE PROTECCIÓN SOCIAL. Código Sustantivo de Trabajo (CST). 31 de diciembre de 2019. Disponible en: http://www.secretariasenado.gov.co/senado/basedoc/ codigo_sustantivo_trabajo.html
100
El cálculo de los gatos energéticos anuales (COP) de las dos unidades de
tratamiento, se determinaron tomando como base los equipos detallados en el
informe de referencia [ANEXO D], su potencia del motor de cada equipo, al igual,
que el número de equipos para cada unidad. Estos valores de potencia (kW/h),
se ajustaron en base al caudal a tratar y el dimensionamiento de diseño para las
unidades de desarenado de dos canales y el sedimentador primario circular. El
costo del kW/h (343,0608 COP) obtuvo de la tabla de tarificas de la empresa que
presta el servicio energético en el municipio de Tenjo (Enel-Codensa), para junio
del 2020 [ANEXO E].
Tabla 31. Gastos energéticos anuales para el desarenador de dos canales.
Fuente: elaboración propia
Tabla 32. Gastos energéticos anuales para el sedimentador primario circular.
Fuente: elaboración propia
Por último, tomando el informe de referencia, se determinó que costo anual de
mantenimiento para las obras civiles, corresponden al 0,5% del costo total de las
obras civiles implementados en el tratamiento, y que, para el mantenimiento de
equipos electromecánicos de ambas unidades de tratamiento, representa el 5%
del costo total de los equipos. Los resultados se muestran en la Tabla 33.
Tabla 33. Costos anuales de mantenimiento de procesos unitarios.
Fuente: elaboración propia
101
Como resultados de todos los costos analizados, tanto de inversión como de
operación y mantenimiento anuales, se obtiene un estimado de 1.131.810.274
COP para la implementación del proyecto.
5.3 DETERMINACIÓN BENEFICIOS ECONÓMICOS DEL PROYECTO
El beneficio económico que se genera por la implementación de la propuesta de
aprovechamiento de agua lluvia para el sector agropecuario, en el municipio de
Tenjo, se puede determinar de una manera aproximada y general, valorando las
contribuciones porcentuales para cada aspecto de los aportes de capital
implicados en la propuesta, como los costos de inversión, gastos anuales de
O&M, la distribución y almacenamiento del recurso. Estos determinaran el costo
unitario de venta del metro cúbico de agua lluvia tratada.
5.3.1 Determinación de los costos del agua con la propuesta. Estimar un
costo para el metro cúbico de agua aprovechada por medio de la implementación
de la propuesta, requiere evaluar los costos de inversión, operación y
mantenimiento de la planta de tratamiento, además, de la cantidad de agua
tratada, su distribución y almacenamiento, puesto que, los ingresos generados
por la venta del m3 de este recurso, será la principal aportación para hacer
sustentable y viable este proyecto. También se debe tener en cuenta, la
productividad para el sector agropecuario, el costo unitario de la producción
(rentabilidad) y la tarifa actual del m3, dado que debe asegurarse la disponibilidad
del recurso y los beneficios del cambio.
Para poder determinar una cantidad promedio de agua lluvia tratada, se requiere
consultar bases de datos sobre estudios pluviométricos realizados en la zona de
estudio. Por eso, se recurrió a datos proporcionados por el IDEAM, donde se
pudo establecer precipitaciones promedio anuales con un rango de cinco (5)
periodos evaluados, que abarcan desde 2015 hasta 2019 [ANEXO F], de ahí, se
obtuvo que el volumen promedio de precipitaciones anuales sobre el área de
estudio es de 799.138 m3.
Como se mencionó en el capítulo 4, se debe tener en cuenta un coeficiente global
de escorrentía, C, ya que toda la precipitación no se logra captar por la red de
alcantarillado municipal, el cual se determinó en dicho capitulo, con un valor de
0,43. Esto establece un caudal aproximado apto para tratar de 343.629 m3/año.
Bajo los costos de inversión, operación y mantenimiento calculados, se puede
obtener una relación entre esos costos y gastos, con el caudal de agua lluvia
tratado al año; estimando la recuperación de inversión del tratamiento en 2 año,
se puede establecer un precio mínimo unitario para el m3 de agua tratada, y así,
cubrir los costos anuales de operación, mantenimiento, distribución y
almacenamiento, además, de recuperar el capital de inversión. La contribución
correspondiente para la distribución y almacenamiento del recurso hídrico, se
102
estima en el 25% de las contribuciones acumuladas de inversión y O&M. Los
resultados se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 34. Desglose valor unitario de contribución.
Fuente: elaboración propia
El valor unitario mínimo del metro cúbico de agua lluvia tratado, será de 2.325
COP, para cubrir gastos anuales de operación, mantenimiento, distribución,
almacenamiento, y saldar las cuentas del capital invertido.
5.4 VIABILIDAD DEL PROYECTO
Se puede analizar la factibilidad del proyecto presentado mediante índices
financieros que ayuden a sustentar la evaluación económica de la propuesta.
Para evaluar el proyecto sobre la inversión de aprovechamiento de agua lluvia
planteada a largo plazo, se planteó el uso del Valor Presente Neto (VPN) y así
estimar los beneficios económicos que traería la implementación para la
empresa prestadora del servicio. El cálculo del VPN se ejecuta por medio de la
siguiente ecuación.
Ecuación 15. Cálculo Valor Presente Neto (VPN)
Fuente: ROJAS, Miguel. Evaluación de proyectos para ingenieros.
Capítulo 4. Criterios de evaluación. [consultado el 04 de julio de 2020]
Disponible en http://www.bdigital.unal.edu.co/1740/10/9586484787
.10.pdf
, donde I0, representa la inversión de capital, Beneficios se refiere a la diferencia
anual entre egresos e ingresos, e i es la Tasa de Interés de Oportunidad (TIO)
del proyecto.
Para calcular la TIO del proyecto, se basó en la ecuación 16, donde intervienen
tasas establecidos por el mercado. Para ello, se tomaron valores del año en
curso de entidades Gubernamentales como el Banco de la Republica, para la
103
tasa DTF la cual tiene un valor de 3,6%, y el DANE para la inflación, representada
por el Índice de Precio al Consumidor, IPC, para el mes de junio del 2020, esta
tiene un valor de 2,19%. Por último, la tasa de riesgo se estimó en un 10%, dado
que el proyecto presenta un riesgo medio, debido a la complejidad considerable
de su implementación, además, de ser una propuesta relativamente nueva y que
no se ha realizado el país.
Ecuación 16. Cálculo de la Tasa Interés de Oportunidad (TIO)
Fuente: ROJAS, Miguel. Evaluación de proyectos para ingenieros. Capítulo 4. Criterios de
evaluación. [Consultado el 04 de julio de 2020] Disponible en
HATT, B. E., Deletic, A. & Fletcher, T. D. (2006). Integrated treatment and
recycling of stormwater: a review of Australian practice. Journal of Environmental
Management. p 7.
HERNANDEZ, J., Bayón, J., Fresno, D., Pérez, M., Jordana, J., Muñoz, F., et al.
(2006). Construcción de pavimentos permeables para el control en origen de la
escorrentía urbana: ejemplo práctico del aparcamiento del palacio de deportes
de La Guía. Universidad de Cantabria, Universidad de Oviedo y Ayuntamiento
de Gijón.
INVEMAR, Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras. Manual de técnicas
analíticas para la determinación de parámetros fisicoquímicos y contaminantes
marinos. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. 2003. p 99-
102
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN.
Compendio de normas para trabajos escritos. NTC-1486-6166. Bogotá D.C. El
instituto, 2018 ISBN 9789588585673 153 p.
INSTITUTO NACIONAL DE SALUD. Manual de métodos fisicoquímicos básicos
para el análisis de aguas para el consumo humano. Subdirección Red Nacional
de Laboratorios. Bogotá, Colombia. 2011. p 39
111
INSTITUTO NACIONAL DE SALUD. Programa de vigilancia por Laboratorio de
la calidad de Agua para consumo humano. Grupo Salud Ambiental “Jaime
Eduardo Ortiz”. Bogotá, Colombia. 2011. p 46
LAZAROVA, Valentina, BAHRI, Akica. Water Reuse for Irrigation Agriculture,
Landscapes, and Turf Grass. CRC Press. 2004
LEE, J. H, BANG, L. H. KETCHUM, J. First flush analysis of urban storm runoff.
Scinece of the Total Environment, vol. 293, pp. 163-175, 2002.
LOZANO-RIVAS.Diseño de Plantas de Potabilización de Agua. Material de clase. Bogotá D.C., Colombia: [consultado el 28 de junio de 2020] Disponible en: http://wlozano.blogspot.com
MAESTRE. A, PITT, R. The National Stormwater Quality Database, Version 1.1.
Center for Watershed Protection. Report prepared for U.S. Environmental
Protection Agency (EPA), Washington. 2005.
METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y